減速（sù）機高速軸的斷裂分析及（jí）其防治

2016-05-30 14:25:41

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減速機高速（sù）軸的斷裂分析及（jí）其防治

在2016年中國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（yǒu）限公司顧問）朱孝祿在報告中指出：數年來，減速機在（zài）長時間的使用中，經常會有許許多多的失效（xiào）案例。其中有些減速機的（de）基礎件（jiàn）（齒輪、軸、軸承）的（de）失效是“多發病”，由於（yú）種種原因，很難根治；而有些基礎件的失效，其原因可能很（hěn）難說清楚，就這些“多（duō）發（fā）病” 和“疑難雜症”提出硬齒麵減速機高速軸為什麽經常（cháng）斷裂？如何防治？並給予了細致的分析和解決（jué）辦（bàn）法（fǎ）。

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

減速機（jī）高速軸的斷裂分析及其防治

減速機高速軸的斷裂分析及其防治減（jiǎn）速機高速軸的斷裂分析及其防治

斷口特征：1 ) 斷口是疲（pí）勞斷口，軸（zhóu）是疲勞斷裂。

2）軸的斷裂部位大部分正好位於聯軸器與軸（zhóu）過盈配合的邊緣處。

3）最早的疲勞裂紋大（dà）都發生在平鍵鍵槽的尖角處或過渡圓角處。

4）軸的斷口垂直於軸的（de）軸線，基本上是一種高強度鋼彎（wān）曲扭轉型斷口。

正常情況下，軸在設計中疲勞強度安全係數（shù）都（dōu）很大，通（tōng）常可達3以上，高（gāo）速軸是不可能斷裂的，且實（shí）際檢驗後，軸的材料熱處理工藝也（yě）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原因：

原因一：鍵槽應力集中。從斷口的宏觀觀察中看到，最（zuì）早（zǎo）的（de）疲勞裂紋發生在平鍵鍵槽尖角處，因此鍵槽對軸的（de）削（xuē）弱（軸的截麵（miàn）積減小和應力集中）值得重視，特別是鍵槽底部（bù）的圓角（jiǎo）r（下圖），對（duì）應力集中的影響很（hěn）大。

軸純扭（niǔ）轉（zhuǎn）時，螺紋、鍵槽、橫孔和配合邊緣處有效應力集中係數K&，如下圖所（suǒ）示，當軸（zhóu）的抗拉強（qiáng）度Rm=900MPa時,鍵槽的有效應力（lì）集中係數為2，因此鍵（jiàn）槽對軸的削（xuē）弱是很大的。

減（jiǎn）速機高（gāo）速軸的斷裂分析及（jí）其防（fáng）治

原因二：聯軸器與軸的（de）過盈配合。在前麵圖中可以看到（dào）軸（zhóu）斷裂部位正好是聯軸器同軸過盈配合的（de）邊緣處，過（guò）盈配合對軸的強度影響很（hěn）大（dà）。從應力（lì）集中的係數圖可見：過盈配合H7/r6的應力集中係數可達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，高速軸在聯軸器與軸過盈配合邊緣處斷裂就可以理解了。

原（yuán）因三：減速機的安裝（zhuāng）、使用方麵的問題。硬齒麵減速機設計中的（de）一個很大難題是電動機和減速機軸直徑嚴重不匹配，減速機軸比電動機軸細很多。通常，減速機（jī）軸直徑是電動機軸3/4-1/2左右，如下圖所示，如（rú）果電動機軸和減速機軸同軸度很差（chà），就會在聯軸器上產（chǎn）生附加徑向（xiàng）力Fr。

減速機高速（sù）軸的斷裂分析及其（qí）防治（zhì）

由於軸（zhóu）徑不同，造成兩者（zhě）剛度不同（剛度同直徑d^3成正比），聯軸器產（chǎn）生的（de）附加徑向力F對兩軸的危險斷麵的附加彎矩（jǔ）（應（yīng）力）也不同（tóng）。

例：軸危險截麵的彎（wān）曲應力：

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

當（dāng） 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。

原因四：軸上聯軸器的徑向剛度。所（suǒ）謂（wèi）聯軸器的徑向剛度是指聯軸（zhóu）器兩軸產生每單位徑向位移Δy需要的徑向力。徑向剛度越大，徑（jìng）向力就越大（dà），對連接軸強度不良影（yǐng）響就越大，非金屬彈性元（yuán）件（jiàn）撓性聯軸器，如彈性（xìng）套圓柱銷聯軸器、梅花（huā）聯軸器、輪胎式聯軸器等，其徑向剛（gāng）度就小。

原因五：軸上旋轉零（líng）件的不平衡。