減速（sù）機高速軸的斷（duàn）裂（liè）分析及（jí）其防治

2016-05-30 14:25:41

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減速機高（gāo）速軸的斷裂分析及其防治

在2016年中國減變速機技術論壇（tán）中，北京科技大學機械工程學院教授（沃德傳動（天津）股份有限公司顧（gù）問）朱（zhū）孝祿在（zài）報告（gào）中指出：數年來，減速機在長時（shí）間的使用中（zhōng），經常會有許許（xǔ）多多的失效案例。其中有些減速機的基礎件（jiàn）（齒輪、軸、軸承）的失效是“多發病”，由（yóu）於種種原因，很（hěn）難根治；而有（yǒu）些基礎件的失效，其原因（yīn）可能很難說清楚，就這些“多發病（bìng）” 和“疑難雜症”提出硬齒麵減速機高速軸為（wéi）什麽經常斷（duàn）裂？如何防治？並（bìng）給予了細致的分析和解決辦法。

生產實踐（jiàn）經驗得知，硬齒麵減速（sù）機高速軸很容易發（fā）生斷裂，如某國外（wài）減速（sù）機的高速軸經常在兩處發生斷裂：

減速機高速軸的斷裂分析及其防治

減速機高速（sù）軸的斷裂分析及其防治減速機高速軸的斷裂分析及其（qí）防治

斷口特征：1 ) 斷口是疲勞斷口，軸是（shì）疲勞斷裂。

2）軸的斷裂部位大部分正好位於聯軸（zhóu）器與軸過盈配合的邊緣處。

3）最早（zǎo）的疲（pí）勞裂（liè）紋大都發生在平鍵鍵槽的（de）尖角處或過渡圓角處。

4）軸的（de）斷口垂直於軸的軸線，基本上是一種高強度鋼彎曲扭轉型斷口。

正常情況下，軸在設計（jì）中（zhōng）疲勞強度安全係數都（dōu）很大，通常（cháng）可達3以上，高速軸是（shì）不可能斷（duàn）裂的，且實際檢驗後，軸的（de）材（cái）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原因：

原因一：鍵槽應力集中。從斷口的宏觀觀察中看到，最早的疲勞裂紋發生在平鍵鍵槽（cáo）尖角處，因此鍵槽對軸的削弱（軸的截麵積減小和應力集中）值得重視，特別是鍵槽底部（bù）的圓角r（下圖），對應力集（jí）中的影響很大。

軸純扭轉時，螺紋、鍵槽、橫孔和配合邊緣處有效應力集中係數K&，如下圖所示，當軸的抗拉強（qiáng）度Rm=900MPa時,鍵槽的有（yǒu）效（xiào）應力集中係數為2，因此鍵（jiàn）槽對軸的削弱（ruò）是很大的。

減速機高（gāo）速軸的斷裂分析及（jí）其防治

原因二：聯軸器（qì）與軸的過盈配合。在（zài）前麵圖中可以看（kàn）到軸斷裂部位正（zhèng）好是聯軸器同軸過盈配合的邊緣處，過（guò）盈配合對軸的強度影響（xiǎng）很大。從應力集中（zhōng）的係數圖可見：過盈配（pèi）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（xiǎo）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理（lǐ）解了。

原因三：減速機的安裝、使用方麵的問題。硬齒麵（miàn）減速機設計中的一個很大難題是電動機和減（jiǎn）速機軸直徑嚴重不匹配，減速機軸比電動機（jī）軸細很（hěn）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，如果電動機軸和減速機軸同軸度很差，就會在（zài）聯軸器上產生附加徑向力Fr。

減（jiǎn）速機（jī）高速軸的斷裂分析及其防治

由（yóu）於軸徑不（bú）同，造成兩者剛度不同（剛度同直徑d^3成正比），聯（lián）軸器產生的附加徑向力F對兩軸的危險斷麵（miàn）的附加彎矩（jǔ）（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（zhóu）：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（qǔ）d2 = 1,d1 = 2,則 σ1 / σ2 = 8，應力差別巨大。

原因四：軸上（shàng）聯軸器的徑（jìng）向剛度。所謂聯軸器的徑向（xiàng）剛度是指聯軸器兩軸產生每單位徑（jìng）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（lián）軸器、輪胎式聯（lián）軸器等，其徑向剛度就小。

原因五（wǔ）：軸上旋轉零（líng）件的不平衡。