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       企業動態 => 硬齒面減速機高速軸容易斷裂的原因,預防軸斷裂的7項改進措施
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      發布日期:[2021-09-25]    共閱[3346]次

          生產實踐經驗告知,硬齒面減速機的高速軸很容易斷裂,國內外
      減速機在使用中都有不少斷裂的案例。本文論述減速機高速軸很
      容易斷裂6方面的原因 :鍵槽和過盈配合的應力集中、減速機安
      裝使用中的問題、軸上聯軸器徑向剛度的影響、軸上旋轉零部件
      的不平衡和質量重力的影響。在此分析的基礎上,提出預防軸斷
      裂的7項改進措施。

      斷裂軸宏觀斷口的特征:

      1)斷口是疲勞斷口,軸是疲勞斷裂。

      2)軸的斷裂部位大部分正好位于聯軸器與軸過盈配合的邊緣處。

      3)最早的疲勞裂紋大都發生在平鍵鍵槽尖角處,或過渡圓角處。

      4)軸的斷口垂直于軸的軸線,基本上是一種高強度鋼彎曲扭轉型
      斷口。

      在正常的情況下,減速機高速軸通常僅承受轉矩作用。對以往多
      次斷軸案例進行疲勞強度計算結果表明,疲勞強度安全系數通常
      可達2以上,高速軸應該是安全的,軸不可能斷裂。經檢查軸的材
      料、熱處理質量也都符合技術要求。但是,高速軸還是經常斷
      裂,可以說是減速機的多發病了!

      2. 高速軸容易斷裂的主要原因

      減速機高速軸為什么容易斷裂?經過全面排查后得知其主要原因
      如下:

      原因之一:鍵槽的應力集中

      觀察很多帶鍵槽的斷軸斷口(圖6為一例),可以看到最早的疲勞
      裂紋往往發生在平鍵鍵槽尖角處,很明顯鍵槽的應力集中和軸的
      截面面積減小影響了軸的強度。特別是鍵槽底部的圓角r(圖6)對
      應力集中的影響很大。圖中所示是某礦用減速機高速軸的鍵槽,鍵
      槽底部的圓角r就很小,加大了鍵槽的應力集中。軸受純扭轉時,
      鍵槽和配合邊緣處的有效應力集中系數Kτ見圖7[1]所示。當軸的
      抗拉強度Rm=900MPa時,鍵槽的有效應力集中系數Kτ=2。因此鍵
      槽對軸的削弱是很大的。

      原因之二:聯軸器同軸的過盈配合

      在圖1中可以看到,軸斷裂部位正好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。從圖7可見:過盈配合H7/r6
      的應力集中系數可達2.2以上;過盈配合H7/k6的應力集中系數約
      為1.77;高速軸常用的過盈配合H7/m6的應力集中系數不會小于
      1.8。因此,高速軸就容易在聯軸器與軸過盈配合邊緣處斷裂了。
      值得注意的是,以上原因之一(鍵槽應力集中)和原因之二(過
      盈連接應力集中)雖然對高速軸的強度有影響,但是兩者在軸的
      強度設計和安全系數計算中都已經計及的因素,因此可以肯定,
      兩者都不是造成軸容易斷裂的決定性原因。真正造成高速軸斷裂
      多發病的是以下幾個人們不注意的原因。

      原因之三:減速機的安裝、使用方面的問題

      硬齒面減速機設計中的一個老大難問題是電動機和減速機軸直徑
      嚴重不匹配,減速機軸比電動機軸要細很多。通常,減速機軸直
      徑d2是電動機軸d1的3/4~1/2左右,如圖9所示。如果電動機軸和
      減速機軸同軸度很差,就會在聯軸器上產生附加徑向力F。由于電
      動機與減速機的軸徑不同(d1、d2),造成兩者抗彎截面模數不
      同(抗彎截面模數同直徑 d3成正比),聯軸器產生的附加徑向力
      F對兩軸的危險斷面的附加彎矩(應力)也不同[1]。舉例說明如
      下(尺寸見圖9):

      軸危險截面的彎曲應力:

      電動機軸 σ1=Fl1/0.1d13 ; 減速機軸 σ2=Fl2/0.1d23

      當l1≈ l2時(見圖9),兩應力比值為 σ2/σ1= d13/ d23。

      如果取d2=1 , d1=2, 則 σ2/σ1 =8,應力差別巨大。

      減速機斷軸計算實例:

      已知:某減速機高速軸斷裂,其直徑d2=60mm , 電機軸直徑
      d1=90mm,

      則 σ2/σ1 =d13/d23=903/603=3.375。

      因此,斷裂的始終是減速機軸。

      附加徑向力F的大小,取決于電動機和減速機兩軸的同軸度。此同
      軸度對硬齒面齒輪減速機軸的損傷非常敏感。在《機械設計手
      冊》中,對于彈性聯軸器通常規定減速機的安裝不同軸的徑向位
      移Δy不得大于0.2~0.3mm。這對于軟齒面減速機可能是合適的,
      而對硬齒面減速機可能就偏大了。而大多數現場安裝、使用人員
      并不重視此不同軸度,認為使用彈性聯軸器可以自動補償誤差,
      這是嚴重的誤判。上述計算表明:由于減速機軸比電動機軸要小
      得多,因此減速機軸上的彎曲應力要比電動機軸大很多,減速機
      軸發生斷裂就是必然了。

      原因之四:軸上聯軸器的徑向剛度

      所謂聯軸器的徑向剛度是指彈性聯軸器的兩半聯軸器的兩軸,產
      生每單位徑向位移Δy需要的徑向力。徑向剛度越大,產生徑向位
      移的徑向力越大,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,如彈性套圈柱銷聯軸器、梅花形彈性塊聯軸器、
      輪胎式聯軸器等,其徑向剛度就較小,但是其徑向剛度還是有差
      別。

      某些制造質量很差的聯軸器,其徑向剛度很大,當兩軸不對中有
      徑向位移時,軸上的附加徑向力就很大,嚴重影響軸的強度。圖
      10所示的蛇形彈簧聯軸器就是一例。半聯軸器上的矩形直線齒廓
      就很不利于徑向位移的調整。

       
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