減速機高速軸的（de）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（shòu）（沃德傳動（天津）股份有限公司顧問）朱孝祿（lù）在報告中指出：數（shù）年來，減（jiǎn）速機在長時間的使用中，經常會有許許（xǔ）多多（duō）的失效案（àn）例。其中有些減速機的基礎件（齒輪、軸、軸承）的失（shī）效是“多發病”，由於種種原因，很難根治；而有些基礎件（jiàn）的失（shī）效，其原因可能很難說清楚，就這些“多發病” 和“疑難雜症”提出硬齒麵減速機高速軸為（wéi）什（shí）麽經常斷裂？如何防治？並給（gěi）予了細致的分析和解決辦法。

生產實踐經驗得（dé）知，硬齒麵減速（sù）機（jī）高速軸很容（róng）易發生斷裂，如某（mǒu）國外減速機的高速軸經常在（zài）兩處發生斷裂：

減速機高速軸的斷裂分析及其防治

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

斷（duàn）口（kǒu）特征：1 ) 斷口是疲勞斷（duàn）口，軸是疲勞斷裂（liè）。

2）軸的斷裂部位大部分正好位於聯軸器與軸過盈配合的邊緣處。

3）最早的疲勞（láo）裂紋（wén）大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軸線，基本上是一種高強度鋼彎（wān）曲扭轉（zhuǎn）型斷口。

正常情況下（xià），軸（zhóu）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（shì）不可能斷裂的，且實際檢（jiǎn）驗後，軸（zhóu）的材料熱處理（lǐ）工藝也是符合技術要求（qiú）。

則高速軸發生斷（duàn）裂，經分析（xī）整理後得出以（yǐ）下原（yuán）因：

原因一：鍵槽應力集（jí）中。從（cóng）斷口的宏觀觀察中看到，最早的疲勞裂紋發生在平鍵鍵槽尖角處，因此鍵槽對軸的削弱（軸的截麵（miàn）積減（jiǎn）小和（hé）應力集中）值得重視，特別是鍵（jiàn）槽底部的圓角r（下圖），對應力集（jí）中的影響（xiǎng）很大。

軸純扭轉（zhuǎn）時，螺紋（wén）、鍵槽、橫孔和配合邊緣處有效（xiào）應力集中（zhōng）係數K&，如下圖所（suǒ）示，當軸（zhóu）的抗拉強度（dù）Rm=900MPa時,鍵槽的有效應力集（jí）中係（xì）數為2，因此鍵槽對軸（zhóu）的削弱是很大的。

減速機（jī）高速軸的斷裂分析（xī）及其防治

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（zhèng）好是聯軸器同軸過盈配合的邊緣處，過盈配合對軸的（de）強度影響很大。從應力集（jí）中的（de）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（shù）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。

原因三：減速機的安裝、使用方麵的問題。硬齒麵減速（sù）機設計中的一個很大難題是電動機和減速（sù）機軸直徑嚴重不匹配，減速機軸比（bǐ）電動機軸細（xì）很多（duō）。通常，減速（sù）機軸直徑是電動（dòng）機軸3/4-1/2左右，如下圖所（suǒ）示，如果（guǒ）電動（dòng）機軸和減速機（jī）軸同（tóng）軸度很差，就會在聯軸器上產生附加（jiā）徑向力Fr。

減速機高速軸的斷裂分析及其防治

由於軸徑不同（tóng），造（zào）成兩者剛度不同（剛度同（tóng）直徑d^3成正比），聯軸器產生的（de）附加（jiā）徑向力F對兩（liǎng）軸的危險斷麵的附加彎矩（應力（lì））也不同。

例：軸危險截麵的彎曲（qǔ）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 l1 ≈ l2 ，兩應力比（bǐ）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（chà）別巨大。

原（yuán）因四：軸（zhóu）上聯軸器的徑向（xiàng）剛度。所謂聯軸器的徑向剛度是指聯軸器兩軸（zhóu）產生每單位（wèi）徑向（xiàng）位移Δy需要（yào）的徑（jìng）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（yuè）大，非金屬彈（dàn）性元件（jiàn）撓性（xìng）聯軸器，如彈性套圓柱銷聯軸器、梅花聯軸器、輪胎式（shì）聯（lián）軸器等，其徑（jìng）向剛度就小。

原因五：軸上旋轉零件的不平衡。