減速機（jī）高速軸的斷裂分析及其防治（zhì）

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（sù）機技術論壇中，北京科技大學機械（xiè）工程學院教授（沃德傳動（dòng）（天津）股份有限（xiàn）公司顧問（wèn））朱孝祿在報告中指出：數年來，減速機在長時間的使用中，經常（cháng）會有許（xǔ）許多多的失效案例。其中有些減速機的基礎件（齒輪、軸、軸承）的失效是“多發病”，由於種種原因，很（hěn）難（nán）根治；而有些（xiē）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”提出硬齒麵減（jiǎn）速機高速軸為什麽經常斷裂？如何防（fáng）治？並給予了（le）細致（zhì）的分析和（hé）解（jiě）決辦法。

生產實踐經（jīng）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）高速軸經常在兩處發生斷裂：

減速機高速（sù）軸（zhóu）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速機高速（sù）軸的斷裂分析及其防治

斷口特征：1 ) 斷口是疲勞斷口，軸是疲勞斷裂。

2）軸（zhóu）的斷裂部位大部分正（zhèng）好位於聯（lián）軸器與軸過盈配合的（de）邊緣處。

3）最早（zǎo）的疲勞裂紋大都發生在平鍵鍵（jiàn）槽（cáo）的尖角處或過渡圓角處。

4）軸的斷口（kǒu）垂直於（yú）軸的軸（zhóu）線，基本上是一種高強度鋼彎曲（qǔ）扭轉型斷口。

正常情況下，軸在設計（jì）中疲勞強度安全係數都很大（dà），通常可達3以上，高速軸是不可能斷裂的，且（qiě）實際（jì）檢驗後（hòu），軸的材料熱（rè）處理工藝也是符合技術要求。

則高速軸發生斷裂，經分析整（zhěng）理後得出（chū）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（shēng）在平鍵鍵槽尖角處，因此（cǐ）鍵槽（cáo）對軸的削弱（軸的截（jié）麵積減小（xiǎo）和應力集中）值得重視，特（tè）別是鍵槽底部的圓角（jiǎo）r（下圖），對應力集中的影響很大。

軸純（chún）扭（niǔ）轉時，螺紋、鍵槽（cáo）、橫孔（kǒng）和（hé）配合邊緣處（chù）有效應力集中係數K&，如下圖所示，當軸的抗拉強度Rm=900MPa時,鍵槽的有效應力（lì）集中係數為2，因此鍵槽對軸的削（xuē）弱是很大的（de）。

減（jiǎn）速機高速軸的斷裂分析及其防治

原（yuán）因二：聯軸器與軸的過盈配合。在前麵圖中可（kě）以看到軸斷裂部位正好是聯軸器同軸過盈（yíng）配合的邊緣處，過盈配合對（duì）軸的強度影響很大。從應力集（jí）中的係數圖可見：過盈配合（hé）H7/r6的應力集中係數可達2.2以（yǐ）上；過（guò）盈配合H7/m6的應力集中（zhōng）係數不會小於1.8.因此，高速軸在聯軸器與軸過盈配合邊（biān）緣（yuán）處斷（duàn）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（shè）計中的一個很大難（nán）題是電（diàn）動機（jī）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，減速機軸直徑是電（diàn）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（zhóu）同軸度很差，就會在聯軸器上產（chǎn）生附加徑向力Fr。

減（jiǎn）速機高速軸的斷裂分析及其防治

由於軸徑不同，造成兩者剛度不同（剛度同直徑d^3成正比），聯軸器（qì）產生的附加徑向力F對兩軸的危險（xiǎn）斷麵的附加彎矩（應力（lì））也不同。

例：軸危（wēi）險截麵的（de）彎曲應力：

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

當 l1 ≈ l2 ，兩應力比值為：

減速機高速軸的（de）斷裂分析及其防（fáng）治

若取d2 = 1,d1 = 2,則 σ1 / σ2 = 8，應力差別（bié）巨大。

原因（yīn）四：軸上聯軸器的徑向剛度。所謂聯軸器的徑向剛度是指聯軸器兩軸（zhóu）產生每單位徑向（xiàng）位移Δy需要的徑向力。徑向剛度越大，徑（jìng）向（xiàng）力就越大，對連接軸強度不良影響就（jiù）越大，非金屬彈性元件撓性聯軸器，如彈性套圓柱銷聯軸器、梅花聯軸器、輪胎式聯（lián）軸器（qì）等，其（qí）徑（jìng）向剛度就小。

原因五：軸（zhóu）上旋轉零件的（de）不平衡。