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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減速機高速軸的斷裂分析（xī）及其防治

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）股份有限公司（sī）顧問（wèn））朱孝祿在報告中指出：數年來，減速機（jī）在長時間的使用中，經常會（huì）有許（xǔ）許多多（duō）的失效案例。其中有些減速機的基礎件（齒輪（lún）、軸、軸承）的失效（xiào）是“多發病”，由於種種原因，很難根治（zhì）；而有些基礎件（jiàn）的失效，其原因可能（néng）很難說清楚（chǔ），就這些“多發病” 和“疑難雜症”提出硬齒（chǐ）麵減速機高速軸為什麽經常斷裂？如何防治？並給予了細致的分析和解決辦（bàn）法。

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

減（jiǎn）速機高速軸的斷裂分析及其防治

減速機高速軸（zhóu）的斷裂（liè）分析及（jí）其防治減速機高速（sù）軸的（de）斷裂分析及其防治

斷（duàn）口特征：1 ) 斷口（kǒu）是（shì）疲勞斷口，軸是疲勞斷裂。

2）軸的斷裂（liè）部位大部分正好位於聯（lián）軸器與軸過盈配合的邊緣處（chù）。

3）最早的疲勞裂紋大都發（fā）生在平（píng）鍵鍵槽的尖角處或過渡圓角處。

4）軸的斷口垂直（zhí）於軸的軸線（xiàn），基本上是一（yī）種高強度（dù）鋼彎曲扭轉型斷口。

正常情況下，軸在設計中疲（pí）勞強度安全係（xì）數都很大，通常可達3以上，高（gāo）速軸是不可能斷裂的，且實際檢驗後，軸的材料（liào）熱處理工（gōng）藝也是符合（hé）技術要求。

則高速軸發（fā）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（de）宏（hóng）觀觀察中（zhōng）看（kàn）到，最早的疲勞裂紋發生在（zài）平鍵鍵槽尖角處，因此鍵槽對軸的削弱（軸的截麵積減小和應力集中）值得重（chóng）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（pèi）合邊緣處有效應力集中係數K&，如下圖所示，當軸的抗拉（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。

減速機高速軸的斷裂分析（xī）及（jí）其防治

原因二：聯軸器與（yǔ）軸的過盈配合。在前麵圖中可以看到軸斷裂部位正（zhèng）好是聯軸器同軸過盈（yíng）配合的邊緣處，過盈配合對軸的強度影響很大。從應力集中的係（xì）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（lì）集中係數不會小於1.8.因此，高速軸在聯（lián）軸（zhóu）器與軸過盈配合邊緣處斷（duàn）裂就可以理解了。

原（yuán）因三：減（jiǎn）速機（jī）的安裝、使用方麵的問（wèn）題。硬齒麵減速機設計中的一個很大難題是電動機和減速機軸（zhóu）直徑嚴重不（bú）匹配，減速機軸比電動機軸細很多。通常，減速（sù）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（jī）軸和減速機軸同軸度很差，就會（huì）在聯軸器上產生附加徑向力Fr。

減速機高速軸的斷裂（liè）分析及其防治

由（yóu）於軸徑不同（tóng），造成兩者剛度不同（剛度同直徑d^3成正比），聯軸器產生的附加徑向力（lì）F對兩軸的危險斷麵的附加彎（wān）矩（應力）也不同。

例：軸危險截（jié）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（fáng）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。所謂聯軸器的徑向剛度是指聯（lián）軸（zhóu）器兩軸（zhóu）產生每單位徑向位移（yí）Δy需要的（de）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（xiǎng）就越大，非金屬彈性（xìng）元件撓性聯軸器，如彈性（xìng）套圓柱銷聯軸器、梅花聯軸器、輪胎式聯軸器等，其徑向剛度（dù）就小。

原因五：軸上旋轉零件（jiàn）的不（bú）平衡。