提高起動(dòng)電機(jī)可靠性的措施

程 濤，江 開，白珍山

(1.駐重慶地區(qū)軍代室，重慶 400039;2.重慶虎溪電機(jī)工業(yè)有限公司，重慶 401331)

起動(dòng)電動(dòng)機(jī)裝備在多種戰(zhàn)車上，它出現(xiàn)任何故障都有將影響到戰(zhàn)車的使用，故提升其可靠性具有顯得尤為重要。

起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造主要是由轉(zhuǎn)子、定子、端蓋、繼電器、頂桿裝配、單向離合器等組成。其工作原理(圖1):電動(dòng)機(jī)主回路接線螺栓正極和負(fù)極通過保險(xiǎn)直接與蓄電池正、負(fù)極相接，控制線路通過開關(guān)接入蓄電池正極。接通開關(guān)，控制繼電器吸合，主繼電器保持繞組同時(shí)通電，但此時(shí)主繼電器還不足以吸合。控制繼電器吸合后，動(dòng)觸頭左端立即與左邊的定觸接通，動(dòng)觸頭右端由于限位板的作用，不能與右邊的定觸頭接通。此時(shí)，以下幾組線圈同時(shí)通電:電機(jī)的輔助串激繞組、并激繞組及主繼電器的吸合繞組。當(dāng)電機(jī)的輔助串激繞組、并激繞組通電后，電機(jī)開始慢慢旋轉(zhuǎn)。當(dāng)主繼電器的吸合繞組通后，主繼電器的開始吸合。此時(shí)主繼電器的銜鐵推動(dòng)齒輪與飛輪齒環(huán)嚙合，嚙合達(dá)到足夠程度時(shí)，限位板脫開，動(dòng)觸頭右端與右邊的定觸頭接通，電機(jī)的主、串激繞組接通，輸出強(qiáng)大的轉(zhuǎn)矩使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)后，電機(jī)完成使命，此時(shí)，關(guān)閉開關(guān)，切斷電機(jī)電源，齒輪退回原位，起動(dòng)結(jié)束。

圖1 工作原理

根據(jù)信息的收集，起動(dòng)電機(jī)出現(xiàn)主要問題是:碗形墊圈破裂、螺旋花鍵軸斷裂和頂桿裝配的鋼絲卡圈脫落。解決這些主要問題，提升起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的可靠性顯得及其迫切和重要。

1 碗形墊圈破裂

碗形墊圈是單向離合器中的重要零件，主要作用是在單向離合器傳遞力矩時(shí)產(chǎn)生反向推力，使離合器實(shí)現(xiàn)接合與分離。

1.1 故障漸進(jìn)過程

該墊圈在裝配前已產(chǎn)生了內(nèi)部微裂紋，在單向離合器實(shí)現(xiàn)接合與分離的過程中裂紋不斷加劇直至破裂，導(dǎo)致離合器不能實(shí)現(xiàn)其功能，從而引起電機(jī)不工作。

1.2 原因分析

1)碗形墊圈(如圖2)材料為65Mn 鋼板，原工藝路線:剪條料—落料成形—檢驗(yàn)—淬火—檢驗(yàn)—堿性氧化—檢驗(yàn)—平磨—檢驗(yàn)。從材料和工藝過程可以看出產(chǎn)生裂紋可能出現(xiàn)在3 個(gè)方面:一是原材料本身存在裂紋;二是在熱處理時(shí)處置不當(dāng)產(chǎn)生裂紋;三是在堿性氧化時(shí)因氫碎產(chǎn)生裂紋。

圖2 碗形墊圈

2)通過檢查原材料的入廠檢驗(yàn)報(bào)告發(fā)現(xiàn)材料的化學(xué)成分是合格的，也無裂紋現(xiàn)象。對(duì)現(xiàn)庫(kù)存材料重新進(jìn)行取樣檢測(cè)，其化學(xué)成分是合格的［1］，也無裂紋現(xiàn)象。故排除了原材料本身存在裂紋的問題。

3)檢查堿性氧化工序，其工步內(nèi)容:化學(xué)去油—堿性氧化—去氫處理—浸油—檢驗(yàn)。其工步安排是合理的，經(jīng)兵器工業(yè)西南地區(qū)理化檢測(cè)中心進(jìn)行檢驗(yàn)也未發(fā)現(xiàn)有氫脆裂紋存在。故排除了在堿性氧化時(shí)因氫碎產(chǎn)生裂紋的問題。

4)經(jīng)過查閱熱處理工藝及資料和多次熱處理試驗(yàn)跟蹤發(fā)現(xiàn)，墊圈材料為65Mn，硬度HRC50 ～56，要保證其硬度，淬火時(shí)的回火溫度必須為240 ～280℃，這個(gè)回火溫度覆蓋了第一類回火淬性區(qū)間250 ～380℃絕大部分，使其內(nèi)部晶粒為片式馬氏體(正常為針狀馬氏體)，造成墊圈易碎裂，它會(huì)在受力過程中慢慢產(chǎn)生裂紋［2］。

1.3 整改措施

調(diào)整熱處理工藝，避開了第一類回火淬性區(qū)間，確保該零件不會(huì)再發(fā)生破裂現(xiàn)象。同時(shí)調(diào)整碗性墊圈工藝，增加壓力選件工序。現(xiàn)在工藝:剪條料—落料成形—檢驗(yàn)—淬火—檢驗(yàn)—堿性氧化—檢驗(yàn)—平磨—檢驗(yàn)—壓力選件(圖3)—檢驗(yàn)。

圖3 壓力選件

2 螺旋花鍵軸斷裂

螺旋花鍵軸是起動(dòng)電動(dòng)機(jī)中的重要零件，其主要功能是傳遞強(qiáng)大的轉(zhuǎn)矩。

2.1 故障現(xiàn)象及漸進(jìn)過程

故障現(xiàn)象如圖4 所示。螺旋花鍵軸零件結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 故障現(xiàn)象

圖5 螺旋花鍵軸零件結(jié)構(gòu)

從故障現(xiàn)象及零件結(jié)構(gòu)可以看出螺旋花鍵軸的斷裂是因?yàn)橄麣獠厶幃a(chǎn)生了微裂紋，在使用過程中受到振動(dòng)使裂紋不斷加劇直至斷裂［3］，從而導(dǎo)致起動(dòng)電機(jī)不能工作。

2.2 原因分析

從零件結(jié)構(gòu)可以看出螺旋花鍵軸的消氣槽及前端鍵槽是在熱處理后易產(chǎn)生裂紋的部位。造成該零件斷裂是因?yàn)橄麣獠?-R0.5 未控制好，出現(xiàn)了尖角，在熱處理時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中出現(xiàn)了微裂紋，因裂紋未延至零件表面［2，4，5］，在磁力探傷時(shí)未發(fā)現(xiàn)所造成。

2.3 整改措施

1)從機(jī)加入手，如圖6 所示。在機(jī)加工藝中要求螺旋花鍵軸的消氣槽及前端鍵槽加工必須按圖保證R 圓角，在該工序加工前必須經(jīng)檢驗(yàn)人員檢測(cè)其加工刀具符合要求后方可進(jìn)行加工［5］，從而確保螺旋花鍵軸的消氣槽及前端鍵槽不會(huì)在熱處理時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中出現(xiàn)微裂紋，進(jìn)而確保螺旋花鍵軸不再斷裂。

圖6 機(jī)加工藝改進(jìn)措施

2)從熱處理取樣檢測(cè)入手，將原要求的隨爐樣棒檢測(cè)零件金相組織改為現(xiàn)在的隨爐樣件來檢測(cè)零件金相組織，更能及時(shí)、準(zhǔn)確地了解零件的真實(shí)情況，確保螺旋花鍵軸的質(zhì)量控制。

3 頂桿裝配的鋼絲卡圈脫落

頂桿裝配的主要功能:在主繼電器的銜鐵推動(dòng)下帶動(dòng)齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒環(huán)嚙合，斷電后帶動(dòng)齒輪退回原位。

3.1 故障現(xiàn)象

頂桿裝配上的鋼絲卡圈脫落，如圖7 所示。從故障現(xiàn)象可以看出:該鋼絲卡圈內(nèi)孔大于頂桿外圓尺寸，已從頂桿卡圈槽內(nèi)脫落出來，故起動(dòng)電機(jī)不能工作。

圖7 頂桿裝配上的鋼絲卡圈脫落

3.2 原因分析

頂桿裝配如圖8 所示。頂桿外徑為φ10，頂桿卡圈槽深為R0.6，鋼絲卡圈為φ1.2 的彈簧鋼絲繞制成內(nèi)孔為φ8.8的卡圈。該鋼絲卡圈在壓入頂桿卡圈槽內(nèi)時(shí)要經(jīng)過頂桿φ10 的外徑，產(chǎn)生了一定的塑性變形(變大)，隨著電機(jī)工作次數(shù)增多，卡圈承受的沖擊力也增多，塑性變形也增大［6］，當(dāng)變形接近于頂桿外圓大小時(shí)，在下一次工作中受到?jīng)_擊時(shí)鋼絲卡圈將從頂桿卡圈槽內(nèi)脫落，起動(dòng)電機(jī)不能再工作。

3.3 整改措施

1)從彈簧繞制和熱處理定形上考慮，經(jīng)過多次試驗(yàn)無法從根本上杜絕鋼絲卡圈壓入頂桿卡圈槽時(shí)的塑性變形(變大)。

2)從設(shè)計(jì)入手，將頂桿改為整體式，考慮到原卡圈槽處要承受沖擊力，故在工藝上采用擠壓成形，再進(jìn)行機(jī)械加工。改進(jìn)后頂桿裝配如圖9 所示。

圖8 頂桿裝配

圖9 改進(jìn)后頂桿裝配

通過改進(jìn)后的頂桿裝配徹底杜絕了卡圈脫落現(xiàn)象，有效地保證了起動(dòng)電機(jī)的可靠性。

4 結(jié)束語

針對(duì)起動(dòng)電機(jī)存在的問題，找出故障原因進(jìn)行不斷改進(jìn)，從設(shè)計(jì)、工藝入手，同時(shí)加強(qiáng)工藝紀(jì)律的執(zhí)行和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理，使改進(jìn)的產(chǎn)品經(jīng)過6000 余次臺(tái)架試驗(yàn)考核，采用的措施有效可行。同時(shí)通過2 年多的產(chǎn)品跟蹤，產(chǎn)品未重復(fù)發(fā)生問題，穩(wěn)定提高了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

［1］李震夏.世界有色金屬材料成份與性能手冊(cè)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1992.

［2］《熱處理手冊(cè)》編委會(huì).熱處理手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［3］費(fèi)羅斯特N. E. 金屬疲勞［M］. 北京:冶金工業(yè)出版社，1984.

［4］上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會(huì).金屬切削手冊(cè)［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003.

［5］孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

［6］張英會(huì)，劉輝航，王德成.彈簧手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.