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（gāo）速軸的斷裂分析（xī）及（jí）其防治

在2016年中國減變速機技術（shù）論壇中（zhōng），北京科技大學機械工程學院教授（沃德傳（chuán）動（dòng）（天津）股份有限公（gōng）司顧問（wèn））朱孝祿在報告（gào）中指出：數年來，減速機（jī）在長（zhǎng）時間的（de）使用中，經常（cháng）會有許許多多的失（shī）效案例。其中有些減速機的基礎件（齒輪、軸、軸（zhóu）承）的失效是（shì）“多發病”，由於種種原因，很難根治；而有些基礎件的失效，其原因可能很難說清楚，就這些“多發病” 和“疑難雜症”提出硬齒（chǐ）麵減（jiǎn）速機高速軸為（wéi）什麽經常斷裂？如何防治？並給予了細致的分（fèn）析和解決辦法。

生產實踐（jiàn）經驗得知，硬齒麵減速機高速軸很容易發生（shēng）斷裂，如某國外減速機的（de）高速軸經（jīng）常在兩處發生斷裂（liè）：

減速機高速軸的（de）斷裂分析及其（qí）防治

減速機高速軸的（de）斷（duàn）裂分（fèn）析及其防治減速機高速軸的斷裂分析（xī）及其防治

斷口（kǒu）特征：1 ) 斷口是疲勞斷口，軸是疲（pí）勞斷裂。

2）軸的斷裂部位大部分正好位於聯軸器與軸過盈（yíng）配合的邊緣處。

3）最早的疲勞裂紋大都發生（shēng）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（jī）本（běn）上是一種高強度鋼彎曲扭轉型（xíng）斷口。

正（zhèng）常（cháng）情況下，軸在設計（jì）中疲勞強度安全係數都很（hěn）大，通常可達3以上，高速軸是不可能斷（duàn）裂的（de），且實（shí）際檢驗後，軸（zhóu）的材料熱處（chù）理（lǐ）工藝也是符合技術要求（qiú）。

則（zé）高速軸（zhóu）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（dào），最早的疲（pí）勞裂紋發生（shēng）在平鍵鍵槽尖（jiān）角處，因此鍵槽對軸的削弱（ruò）（軸的截麵積減（jiǎn）小和應力集中）值得重（chóng）視，特別是鍵槽底（dǐ）部的圓角r（下圖），對應力集（jí）中的影響很大。

軸（zhóu）純扭轉時，螺紋、鍵槽（cáo）、橫孔和配合邊緣處有效（xiào）應（yīng）力集中係數（shù）K&，如下圖所示，當軸的抗拉強度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（ruò）是很大（dà）的。

減速機高速軸的斷裂分析及其防（fáng）治

原因二：聯軸器與軸的過盈配合。在前麵圖中可以看到軸斷裂部位正好（hǎo）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。從應力集中（zhōng）的係數圖可見：過（guò）盈配合H7/r6的應力集中係數可達2.2以上；過（guò）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（yǔ）軸過盈配合邊緣處斷裂就可以（yǐ）理解了。

原（yuán）因三：減速機的安裝、使用方麵的問題。硬齒麵減速機設計中的一個很大難題是電動機和減速（sù）機軸直（zhí）徑（jìng）嚴重不（bú）匹配，減速機軸比電動機軸細很多。通常，減速機軸直徑是（shì）電（diàn）動機軸3/4-1/2左（zuǒ）右，如下圖所示，如果電動機軸和減速機軸同軸度很差，就（jiù）會在聯軸器（qì）上產生附加徑向力（lì）Fr。

減速機高速軸的斷裂分（fèn）析及其防治

由於軸（zhóu）徑不同，造成（chéng）兩者（zhě）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F對兩軸的危險斷麵的附加彎矩（應力）也（yě）不（bú）同。

例：軸危險截麵的彎曲應力：

電動機軸（zhóu） 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（wéi）：

減速機高（gāo）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（sì）：軸上聯軸器的徑（jìng）向剛度。所謂聯軸器的徑向剛（gāng）度是指聯軸器兩軸產生每單位徑向位移Δy需要的徑向力（lì）。徑向（xiàng）剛度越大，徑向力就越大（dà），對連（lián）接軸強度不（bú）良影響就（jiù）越大，非金屬彈性元件撓性（xìng）聯軸器，如（rú）彈性套圓柱銷聯軸器、梅花聯軸器、輪胎式聯軸器等，其徑向剛度就小。

原（yuán）因五：軸上旋轉零件的不平衡。