減速機高速軸的斷裂分析及其防治

2016-05-30 14:25:41

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減（jiǎn）速機高速（sù）軸的斷裂分析及其防治

在2016年中國（guó）減變速機技術論壇中，北京科技大學機械工程學院教授（沃德傳動（天津）股份有限公司顧問）朱孝祿在報告中指出：數（shù）年來，減速機在長時間的使用中，經常會有許許多多的失效（xiào）案例。其中有些減速（sù）機的基礎件（齒輪、軸、軸承）的失效是（shì）“多發（fā）病”，由於種種（zhǒng）原因，很難根治；而有些基礎件的失效，其原因（yīn）可（kě）能很難說清楚，就這些“多發（fā）病” 和“疑難雜症”提出硬齒麵減速機高速軸為什麽經常斷裂？如何防治（zhì）？並給（gěi）予了細致的分析和解決（jué）辦法。

生產實踐經驗（yàn）得知，硬齒麵減速（sù）機高速軸很容易發生斷裂，如某國外減速機的高速軸經常在兩處發生斷裂：

減速（sù）機高速軸的（de）斷裂分（fèn）析及其防（fáng）治

減速機高速軸的斷（duàn）裂分析（xī）及其防治減速機高速軸的斷裂（liè）分析及其（qí）防治

斷口特（tè）征：1 ) 斷口是疲勞斷口，軸是疲勞斷裂。

2）軸的斷裂部位（wèi）大部分正（zhèng）好位於聯（lián）軸器（qì）與軸過盈配（pèi）合的邊緣處（chù）。

3）最早的疲（pí）勞裂紋大（dà）都發生在（zài）平鍵鍵槽的尖角處或過渡圓角（jiǎo）處。

4）軸（zhóu）的（de）斷口垂直於軸的軸（zhóu）線，基本上是（shì）一種高強度鋼彎曲扭轉型斷口。

正常情況下，軸在設計中疲勞強度（dù）安全係數都很大，通常可達（dá）3以上，高速軸是不可能斷裂的，且實際檢驗後，軸的材料（liào）熱處理工藝也是符（fú）合技（jì）術要求。

則高速軸發生斷裂，經分析整理後得出以下原因：

原因（yīn）一：鍵槽（cáo）應力（lì）集（jí）中。從斷口的宏觀（guān）觀察中看到，最早的（de）疲勞裂紋發生在平鍵鍵槽尖角處，因此鍵槽（cáo）對軸的削弱（軸的截麵積減小和應力集中）值得重視（shì），特別是鍵槽底部的圓角r（下圖），對應力集中的影響很大。

軸純扭轉時，螺紋、鍵槽、橫孔和配合邊緣處（chù）有效應力集中係（xì）數K&，如下圖所示，當軸的抗拉（lā）強度Rm=900MPa時,鍵槽的有效應力集中係（xì）數為（wéi）2，因此鍵槽對（duì）軸的削弱是很大的（de）。

減速機（jī）高速軸的斷裂（liè）分析及其防治

原因二：聯軸器與軸的過盈配（pèi）合。在（zài）前麵圖中可以看到軸斷裂（liè）部位正（zhèng）好是（shì）聯軸器同軸過盈配合的邊緣處，過盈配合對（duì）軸的強度影響很（hěn）大。從（cóng）應力集中的係數圖（tú）可見：過盈配合H7/r6的應力集（jí）中係數可達2.2以上；過盈配合H7/m6的應力集中係數不會小於1.8.因此，高速（sù）軸在聯軸（zhóu）器與軸過盈配合邊緣處（chù）斷裂就（jiù）可以理解了。

原因三（sān）：減速（sù）機的安裝、使（shǐ）用方麵的問題。硬齒麵減速機設計中的一個很（hěn）大難題是電動機和減速機軸直徑嚴重不匹配，減速機（jī）軸比（bǐ）電動機軸細很多。通常，減速機軸直徑是電動機軸3/4-1/2左右，如（rú）下圖所示，如（rú）果電（diàn）動機軸和減速機軸同軸度很差，就會在聯軸器上產生附加徑向力Fr。

減（jiǎn）速機高（gāo）速軸的斷裂分（fèn）析及其防（fáng）治

由於（yú）軸徑（jìng）不同，造成兩者剛度不（bú）同（剛（gāng）度同（tóng）直徑d^3成正比），聯軸器產（chǎn）生的附加（jiā）徑向力（lì）F對兩軸的危險斷麵的附加彎矩（應力）也不同（tóng）。

例：軸危險截麵的彎曲應力：

電動機（jī）軸 σ1 = F l1 / 0.1 d1 ^ 3;減速機軸：σ2 = F l2 / 0.1 d2 ^ 3；

當 l1 ≈ l2 ，兩應力比值為：

減速機高速軸的斷裂分析及其防治

若取d2 = 1,d1 = 2,則 σ1 / σ2 = 8，應力差別巨大（dà）。

原因四：軸上（shàng）聯軸器的徑向剛度。所謂聯軸器的徑向剛度（dù）是指（zhǐ）聯軸器兩軸產生每單位徑向（xiàng）位移Δy需要（yào）的徑向力。徑（jìng）向剛度越大，徑向力就越大，對連接軸（zhóu）強度不（bú）良影響就越大，非金屬彈性元件撓性聯軸器（qì），如（rú）彈性套圓柱銷聯軸器、梅花聯軸（zhóu）器、輪（lún）胎式聯軸器等，其徑向剛度（dù）就（jiù）小。

原因五：軸上旋轉零（líng）件的不平衡。