提高起動電機可靠性的措施

程 濤，江 開，白珍山

(1.駐重慶地區軍代室，重慶 400039;2.重慶虎溪電機工業有限公司，重慶 401331)

起動電動機裝備在多種戰車上，它出現任何故障都有將影響到戰車的使用，故提升其可靠性具有顯得尤為重要。

起動電動機的構造主要是由轉子、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):電動機主回路接線螺栓正極和負極通過保險直接與蓄電池正、負極相接，控制線路通過開關接入蓄電池正極。接通開關，控制繼電器吸合，主繼電器保持繞組同時通電，但此時主繼電器還不足以吸合。控制繼電器吸合后，動觸頭左端立即與左邊的定觸接通，動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，以下幾組線圈同時通電:電機的輔助串激繞組、并激繞組及主繼電器的吸合繞組。當電機的輔助串激繞組、并激繞組通電后，電機開始慢慢旋轉。當主繼電器的吸合繞組通后，主繼電器的開始吸合。此時主繼電器的銜鐵推動齒輪與飛輪齒環嚙合，嚙合達到足夠程度時，限位板脫開，動觸頭右端與右邊的定觸頭接通，電機的主、串激繞組接通，輸出強大的轉矩使發動機轉動。當發動機發動后，電機完成使命，此時，關閉開關，切斷電機電源，齒輪退回原位，起動結束。

圖1 工作原理

根據信息的收集，起動電機出現主要問題是: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，提升起動電動機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產生反向推力，使離合器實現接合與分離。

1.1 故障漸進過程

該墊圈在裝配前已產生了內部微裂紋，在單向離合器實現接合與分離的過程中裂紋不斷加劇直至破裂，導致離合器不能實現其功能，從而引起電機不工作。

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—淬火—檢驗—堿性氧化—檢驗—平磨—檢驗。從材料和工藝過程可以看出產生裂紋可能出現在3 個方面:一是原材料本身存在裂紋;二是在熱處理時處置不當產生裂紋;三是在堿性氧化時因氫碎產生裂紋。

圖2 碗形墊圈

2)通過檢查原材料的入廠檢驗報告發現材料的化學成分是合格的，也無裂紋現象。對現庫存材料重新進行取樣檢測，其化學成分是合格的［1］，也無裂紋現象。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，其工步內容:化學去油—堿性氧化—去氫處理—浸油—檢驗。其工步安排是合理的，經兵器工業西南地區理化檢測中心進行檢驗也未發現有氫脆裂紋存在。故排除了在堿性氧化時因氫碎產生裂紋的問題。

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

1.3 整改措施

調整熱處理工藝，避開了第一類回火淬性區間，確保該零件不會再發生破裂現象。同時調整碗性墊圈工藝，增加壓力選件工序。現在工藝:剪條料—落料成形—檢驗—淬火—檢驗—堿性氧化—檢驗—平磨—檢驗—壓力選件(圖3)—檢驗。

圖3 壓力選件

2 螺旋花鍵軸斷裂

螺旋花鍵軸是起動電動機中的重要零件，其主要功能是傳遞強大的轉矩。

2.1 故障現象及漸進過程

故障現象如圖4 所示。螺旋花鍵軸零件結構如圖5所示。

圖4 故障現象

圖5 螺旋花鍵軸零件結構

從故障現象及零件結構可以看出螺旋花鍵軸的斷裂是因為消氣槽處產生了微裂紋，在使用過程中受到振動使裂紋不斷加劇直至斷裂［3］，從而導致起動電機不能工作。

2.2 原因分析

從零件結構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生裂紋的部位。造成該零件斷裂是因為消氣槽2-R0.5 未控制好，出現了尖角，在熱處理時產生應力集中出現了微裂紋，因裂紋未延至零件表面［2，4，5］，在磁力探傷時未發現所造成。

2.3 整改措施

1)從機加入手，如圖6 所示。在機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檢驗人員檢測其加工刀具符合要求后方可進行加工［5］，從而確保螺旋花鍵軸的消氣槽及前端鍵槽不會在熱處理時產生應力集中出現微裂紋，進而確保螺旋花鍵軸不再斷裂。

圖6 機加工藝改進措施

2)從熱處理取樣檢測入手，將原要求的隨爐樣棒檢測零件金相組織改為現在的隨爐樣件來檢測零件金相組織，更能及時、準確地了解零件的真實情況，確保螺旋花鍵軸的質量控制。

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下帶動齒輪與發動機飛輪齒環嚙合，斷電后帶動齒輪退回原位。

3.1 故障現象

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

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孔為φ8.8的卡圈。該鋼絲卡圈在壓入頂桿卡圈槽內時要經過頂桿φ10 的外徑，產生了一定的塑性變形(變大)，隨著電機工作次數增多，卡圈承受的沖擊力也增多，塑性變形也增大［6］，當變形接近于頂桿外圓大小時，在下一次工作中受到沖擊時鋼絲卡圈將從頂桿卡圈槽內脫落，起動電機不能再工作。

3.3 整改措施

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

2)從設計入手，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，再進行機械加工。改進后頂桿裝配如圖9 所示。

圖8 頂桿裝配

圖9 改進后頂桿裝配

通過改進后的頂桿裝配徹底杜絕了卡圈脫落現象，有效地保證了起動電機的可靠性。

4 結束語

針對起動電機存在的問題，找出故障原因進行不斷改進，從設計、工藝入手，同時加強工藝紀律的執行和生產現場管理，使改進的產品經過6000 余次臺架試驗考核，采用的措施有效可行。同時通過2 年多的產品跟蹤，產品未重復發生問題，穩定提高了產品質量和可靠性。

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

［2］《熱處理手冊》編委會.熱處理手冊［M］.北京:機械工業出版社，2001.

［3］費羅斯特N. E. 金屬疲勞［M］. 北京:冶金工業出版社，1984.

［4］上海市金屬切削技術協會.金屬切削手冊［M］.上海:上海科學技術出版社，2003.

［5］孟少農.機械加工工藝手冊［M］.北京:機械工業出版社，1991.

［6］張英會，劉輝航，王德成.彈簧手冊［M］.北京:機械工業出版社，2006.