減速機高速軸（zhóu）的斷（duàn）裂分析及其防治

2016-05-30 14:25:41

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減速機（jī）高速軸的斷裂分析及其防治

在2016年中國減變速機技術論壇中，北京科技大（dà）學機（jī）械工（gōng）程學院（yuàn）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：數年來，減速機在長時間的使用中，經常會有許許多多的失效案例。其中有（yǒu）些減（jiǎn）速機的基礎件（齒輪、軸、軸承）的失效是“多（duō）發病”，由於種種原因，很難根治；而有些基礎件的失效，其（qí）原因可能很難說清楚，就這些“多（duō）發病” 和“疑難雜症”提出硬齒麵減速（sù）機高速軸為什麽經常斷裂？如何防治？並（bìng）給予了細致的分析和解決辦法。

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

減速機高速軸的（de）斷裂分析及其防治

減速機高速軸的斷裂分析及其防治

斷口特（tè）征（zhēng）：1 ) 斷口（kǒu）是疲勞斷口，軸是疲勞斷裂。

2）軸（zhóu）的斷裂部位大部分正（zhèng）好位於聯軸（zhóu）器與軸過盈配合的邊緣處。

3）最（zuì）早的疲勞裂紋（wén）大（dà）都發生在平鍵鍵槽的尖角處或過渡圓角處。

4）軸（zhóu）的斷口垂直於軸的軸線，基本上是一種高（gāo）強度鋼彎曲扭轉型斷（duàn）口。

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

則高速軸發生斷裂，經分析整理後得出以下（xià）原因：

原因一：鍵槽應力集中。從斷口的宏（hóng）觀觀察中看到，最早的疲勞裂紋（wén）發生在平鍵鍵槽尖角處，因此鍵槽對軸的削弱（ruò）（軸的截麵積減小和應力集中）值得重（chóng）視，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（chún）扭轉（zhuǎn）時，螺紋、鍵（jiàn）槽、橫孔和配（pèi）合邊緣處有效應力集中係數K&，如下圖（tú）所示（shì），當（dāng）軸（zhóu）的（de）抗拉（lā）強度（dù）Rm=900MPa時,鍵槽的有效應力集中係數為2，因此鍵槽對軸的削弱是很大的。

減速機高速軸（zhóu）的斷裂分析及其防治

原因二：聯軸器與軸的過盈配合。在前麵（miàn）圖中可以看到軸斷裂部位正好是聯軸器同軸過盈配合的邊緣處，過盈配合對軸的強度影響很大。從應（yīng）力集中的係數圖可見：過盈配合H7/r6的應力集中（zhōng）係數可達2.2以上；過盈配合H7/m6的應力集（jí）中係數不會小於（yú）1.8.因此，高速軸在聯軸器與軸過盈配合邊緣處斷裂就可以理解了。

原因三：減（jiǎn）速機的安裝、使用方麵的問題。硬齒麵減速機設計中的一（yī）個（gè）很大難題是電動機和減速機軸直徑（jìng）嚴重（chóng）不（bú）匹配，減速機軸比電動機軸細很多。通常，減速機軸直徑是電動機軸3/4-1/2左右，如下圖所示，如果電動機軸（zhóu）和減速機軸同（tóng）軸度很差，就會在（zài）聯軸器上產生附（fù）加徑（jìng）向力Fr。

減速機高速軸（zhóu）的斷裂分析及其防（fáng）治

由於軸徑不（bú）同，造成兩（liǎng）者剛度不同（剛度（dù）同直徑d^3成正比（bǐ）），聯軸器產（chǎn）生的附加徑向力F對兩軸的危險斷麵的附加（jiā）彎矩（應力）也不同（tóng）。

例：軸危險截麵的（de）彎曲（qǔ）應力：

電動（dòng）機軸 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（sù）機高速軸的斷裂分（fèn）析及其防治

若取d2 = 1,d1 = 2,則 σ1 / σ2 = 8，應力差別巨大。

原（yuán）因四：軸上聯軸器的徑向剛度（dù）。所謂聯軸器的徑向剛（gāng）度（dù）是指聯軸器（qì）兩軸（zhóu）產生每（měi）單（dān）位徑向位移Δy需要的徑向力。徑向剛度越大，徑向力就越大，對連接軸強度不良影響就越大，非金屬彈性元件撓性聯軸器，如彈（dàn）性套圓柱銷聯軸器、梅花聯軸器、輪胎式聯軸器等，其（qí）徑向剛度就小。

原因五：軸上旋轉零（líng）件的不平（píng）衡。