销售热线：
0574-86302258
销售热线：
0574-86302258
销售热线：0574-86302258
0574-86300670
技术咨询：0574-86599345
传真号码：0574-86302358
地址：宁波市镇海经济开发区青青路168号
减速机高速轴的断裂分析及其防治
在2016年中国减变速机技术论坛中，北京科技大学机械工程学院教授（沃德传动（天津）股份有限公司顾问）朱孝禄在报告中指出：数年来 ，减速机在长时间的使用中，经常会有许许多多的失效案例。其中有些减速机的基础件（齿轮、轴、轴承）的失效是“多发病”，由于种种原因，很难根治；而有些基础件的失效，其原因可能很难说清楚，就这些“多发病” 和“疑难杂症”提出硬齿面减速机高速轴为什么经常断裂？如何防治？并给予了细致的分析和解决办法。
生产实践经验得知，硬齿面减速机高速轴很容易发生断裂，如某国外减速机的高速轴经常在两处发生断裂：
断口特征：1 ) 断口是疲劳断口，轴是疲劳断裂。
2）轴的断裂部位大部分正好位于联轴器与轴过盈配合的边缘处。
3）最早的疲劳裂纹大都发生在平键键槽的尖角处或过渡圆角处。
4）轴的断口垂直于轴的轴线，基本上是一种高强度钢弯曲扭转型断口。
正常情况下，轴在设计中疲劳强度安全系数都很大，通常可达3以上，高速轴是不可能断裂的，且实际检验后，轴的材料热处理工艺也是符合技术要求。
则高速轴发生断裂，经分析整理后得出以下原因：
原因一：键槽应力集中。从断口的宏观观察中看到，最早的疲劳裂纹发生在平键键槽尖角处，因此键槽对轴的削弱（轴的截面积减小和应力集中）值得重视，特别是键槽底部的圆角r（下图），对应力集中的影响很大。
轴纯扭转时，螺纹、键槽、横孔和配合边缘处有效应力集中系数K&，如下图所示，当轴的抗拉强度Rm=900MPa时,键槽的有效应力集中系数为2，因此键槽对轴的削弱是很大的。
原因二：联轴器与轴的过盈配合。在前面图中可以看到轴断裂部位正好是联轴器同轴过盈配合的边缘处，过盈配合对轴的强度影响很大。从应力集中的系数图可见：过盈配合H7/r6的应力集中系数可达2.2以上；过盈配合H7/m6的应力集中系数不会小于1.8.因此，高速轴在联轴器与轴过盈配合边缘处断裂就可以理解了。
原因三：减速机的安装、使用方面的问题。硬齿面减速机设计中的一个很大难题是电动机和减速机轴直径严重不匹配，减速机轴比电动机轴细很多。通常，减速机轴直径是电动机轴3/4-1/2左右，如下图所示，如果电动机轴和减速机轴同轴度很差，就会在联轴器上产生附加径向力Fr。
由于轴径不同，造成两者刚度不同（刚度同直径d^3成正比），联轴器产生的附加径向力F对两轴的危险断面的附加弯矩（应力）也不同。
例：轴危险截面的弯曲应力：
电动机轴 σ1 = F l1 / 0.1 d1 ^ 3;减速机轴：σ2 = F l2 / 0.1 d2 ^ 3；
当 l1 ≈ l2 ，两应力比值为：
若取d2 = 1,d1 = 2,则 σ1 / σ2 = 8，应力差别巨大。
原因四：轴上联轴器的径向刚度。所谓联轴器的径向刚度是指联轴器两轴产生每单位径向位移Δy需要的径向力。径向刚度越大，径向力就越大，对连接轴强度不良影响就越大，非金属弹性元件挠性联轴器，如弹性套圆柱销联轴器、梅花联轴器、轮胎式联轴器等，其径向刚度就小。
原因五：轴上旋转零件的不平衡。
旋转零件的静平衡或动平衡不好，将会使旋转零件产生离心力，增加了轴的附加应力，从而影响轴的强度。上图为联轴器-减速机的配置关系，图中联轴器质量有点偏心。
由偏心引发的离心力：
Q = π^2×n×m^2×r / 900
式中 Q：由偏心产生的离心力(N)；
r：偏心距（mm）;
n: 轴的转速（r/min）;
m: 联轴器的质量（kg）;
d：轴的直径（mm）.
由于离心力与旋转件零件的质量平方成正比，因此质量对离心力的影响特别大。
针对以上出现的问题，防止高速轴断裂我们可按以下主要措施进行：
（1）严格控制键槽的加工质量，特别是槽底的圆角r，尽可能按标准取最 大值；没有圆角的键槽不能使用。
（2）安装在高速轴上的联轴器、制动轮等，应经过静平衡或动平衡实验，避免过大的附加离心力。
（3）粘附在联轴器、制动轮上的附作物应及时清除。
（4）不能使用制造质量不符合技术要求的的联轴器、制动轮。
（5）减速机和电动机的底座面最 好采用经过加工的平面，垫片要平整，最 好有定位措施。
（6）定期检查地脚螺栓是否松动、断裂等，目的是为了防止运转一段时间后，电动机或减速机发生位移，破坏已经调整好的同轴度。
控制减速机安装的不同轴度，安装时，应由专人负责调整、检测电动机和减速机的不同轴度。采用快速、简单、经济的激光对中装置，检测两轴的对中可能有好的效果。
