电机石墨轴承断裂的原因都有哪些？

     根据石墨轴承断片断口处树脂碳化形成的孔洞和接触钢铝环端面烧伤特征的显微观察，可以判断石墨轴承是由于转子转动过程中上端面与石墨轴承端面接触磨损，导致热损伤和过载断裂。

     石墨轴承附近铝环端面的烧蚀特征和石墨碎片径向断口观察到的树脂碳化形成的孔洞，都说明石墨轴承在服役过程中产生大量热量，高热石墨碎片破碎甩出，烧坏了定子铜线。这个热源最大的可能是石墨轴承端面会与转子上端的钢端面发生摩擦，这与体视图、金相组织和截面硬度检验结果一致。转子钢端面的周向熔化磨损特性，从端面到芯部的显微组织变化，端面与芯部硬度的巨大差异，都说明转子钢端面也承受着很大的摩擦热。由以上可以判断，电机在服役过程中，由于转子石墨轴承端面与钢端面摩擦产生大量热量，进而导致石墨轴承部分区域树脂碳化形成径向裂纹。在随后的使用过程中，由于径向裂纹的存在，石墨轴承由于端面之间的摩擦导致了沿周向的过载开裂。

     电机安装后，石墨轴承端面与转子上端面有一定间隙，正常使用时没有磨损。建议控制电机的安装过程，避免石墨轴承与转子端面接触，以保证安装间隙符合要求。

石墨轴承是在金属轴承的基础上发展起来的具有机械设备性能要求的碳。

     库轴承[1-2]。碳轴承具有自润滑、耐高温、耐腐蚀、重量轻等不同于金属轴承的特性。在飞机电气系统的电机中，常采用石墨轴承作为机械滑动底座[3-4]。有文献对石墨零件的故障进行了分析[5-11]，但没有对电机石墨轴承的相关文献研究。

     修好后对电机进行测试，发现其信号指示灯不亮。发现黄线和红线开路，通电后电机不工作。分解检查，C相电路中温度保险丝熔断，石墨轴承断损。为查明石墨轴承断裂原因，对电机中与石墨轴承接触的相关零件进行了外观观察、体视学检查、显微组织检查和硬度测试，并对石墨轴承断裂进行了显微分析。找出了断裂原因并提出了改进建议，为后续该类产品的故障判断和预防提供了依据。

1试验过程和结果

1.1外观观察

   拆开电机后发现石墨轴承断裂。断裂位置在石墨轴承铝环附近(图1a)。压裂后的石墨轴承区块呈环状，除环向裂缝外还有两条径向裂缝(图1b)。电机内转子钢端面有明显的周向磨痕(图2a)，选用完好定子时钢端面无明显周向磨痕(图2b)。检查电机内部定子，发现铜线四周有明显的烧熔特征(图2c)。

     近面结构与心脏结构无明显区别，但近面有明显的烧蚀熔化孔洞。

     测试转子钢端截面试样的维氏硬度，近表面硬度HV1为636.0 ~ 657.4，心部基体HV1为298.8 ~ 299.7。可以看出，近表面硬度比心部硬度高两倍以上，这与之前的金相观察结果相对应。2分析和讨论

1.2立体检查

    从电机转子上部钢制端面的观察可以看出，该端面的磨损是沿圆周方向分布的(图3a)。放大观察发现，端面的磨痕都是热熔烧蚀特征(图3b)。

    观察电机石墨轴承旁边的铝环端面，整个铝环端面有多处损伤(图4a)。放大显示受损部位有孔洞，是明显的热熔烧蚀痕迹(图4b)。

    对石墨轴承发动机环形断裂碎片的分析表明，周向断裂起伏较多，断面粗糙(图5a)；径向断裂面相对平坦，这与周向断裂面截然不同(图5b)。

    扫描电镜观察到石墨轴承片段断裂。周向断口形貌如图6所示。低倍断口呈扁平状，高倍断口呈片状脆性断裂，无明显缺陷和内部夹杂。径向断口形貌如图7所示。低倍下，两侧和中间部分的断裂特征存在差异。高倍镜下，中部断口为片状脆性断口，两侧断口可见明显的孔洞特征。径向断口形貌可能是环氧树脂胶粘剂在石墨中高温分解碳化形成的。

3结论

1)电机石墨轴承受热损坏，过载断裂；

2)转子石墨轴承端面与钢端面摩擦造成热损伤；

3)建议控制电机石墨轴承与转子端面的安装间隙，以减少相对摩擦造成的热损伤。

1.4组织检查

     电机转子钢端面截面积切割、镶嵌、打磨、抛光，然后制作金相试样。样品用体积比为4%的硝酸酒精蚀刻，然后用金相显微镜观察。金相组织如图8所示。可以看出，近端组织和芯部组织有明显的区别，近端组织为淬火马氏体，芯部组织为回火索氏体+析出碳化物。

将电机石墨轴承旁边的铝环截面积进行切割、镶嵌、打磨、抛光，然后制作金相试样。用0.5%氢氟酸水溶液腐蚀后，用金相显微镜观察金相组织。