摘要：随着社会科学技术的不断发展，减速机在工业生产当中具有较为广泛的应用，但是减速机在使用过程当中高速齿轮轴经常发生断轴现象，甚至带来一定的安全隐患。为了解决减速机高速齿轮轴断轴问题，首先从材料、装配工艺以及运行维护四个方面对导致减速机高速齿轮轴断裂的因素进行了分析，最后从选择合适的产品、进一步完善减速机的装配工艺以及加强日常管理与维护三个方面论述了具体的解决对策。
关键词：减速机；高速齿轮轴；断裂失效
引言
某生产企业所用减速机高速轴突然产生早期断裂现象，通过现场查看可知，电机和减速机间的联轴器已完全脱离，且壳体破碎，其它和这一高速轴一同参与运转的齿轮轴，均在事故产生之后发生不同程度的弯曲变形。此高速轴属于典型的齿轮轴，发生断裂后齿面依然保持完好，未发生变形与断齿。现围绕这一减速机高速轴实际情况，对其断裂失效作如下深入分析。
1减速机轴失效概况
某公司生产的矿用带式输送机在运行90天后，其配套使用的减速机高速轴发生断裂，如图1所示。该减速机齿轮轴发生断裂属于早期失效事故，远低于设计寿命；为了分析事故原因，避免类似事故再次发生，从材料成分、力学性能、硬度、金相组织、断口形貌等多个方面对断裂轴进行了分析，找到了疲劳源，得出了失效原因，这对类似工况的断裂轴类的分析提供了有益的借鉴。
图1断裂的减速机齿轮轴
2减速机高速齿轮轴断裂检测
2.1基础资料收集
基础资料的收集是进行减速机高速齿轮轴断裂检测工作的重要基础，对后续检测工作的正常开展，以及得到准确的检测结果均有重要作用和意义，应引起相关人员的重视。此次研究的主要对象为3C710NE型减速机，其速比、输入功率和输入转速分别为2.034、710kW和741r/min。根据生产单位提交的相关工艺图纸，其硬度需要达到59-62HRC的要求。
2.2主要成分检测
对于该减速机，其高速齿轮轴材料为17CrNiMo6，在取样后，用光谱测定仪与碳硫仪进行成分含量测定，测定结果为：碳含量0.18%、锰含量0.57%、硅含量0.27%、磷含量0.011%、硫含量0.003%、铬含量1.73%、镍含量1.55%、钼含量0.28%。通过对相关资料的查证可知，该原材料为德国牌号，成分方面的技术要求为：碳含量在0.15~0.19%范围内、锰含量在0.50-0.60%范围内、硅含量在不大于0.4%范围内、磷含量不得大于0.012%、硫含量不得大于0.006%、铬含量在1.50~1.80%范围内、镍含量在1.40~1.70%范围内、钼含量在0.25~0.35%范围内。通过对比可知，该件硫、磷等元素含量满足技术要求。
2.3主要力学性能检测
为对该件原材料各项力学性能进行检测，通过线切割制得拉伸试样与冲击试样。其中，拉伸试样属于非标准形式的板状试样，其截面面积为4mm×10mm；而冲击试样则属于U型缺口形式的试样。1#拉伸试样的σs为575.6MPa，σb为1072.5MPa，δ为24%，ψK为46.089%；2#拉伸试样的σs为427.2MPa，σb为1068.5MPa，δ为23.23%，ψK为46.205%；σs的平均值为501.4MPa，σb的平均值为1070.5MPa，δ的平均值为23.62%，ψK的平均值为46.147%。1#冲击试样的AXU为71.5J，为89.4J/cm2；2#冲击试样的AXU为82.0J，aKU为102.5J/cm2；AXU的平均值为76.8J，aKU的平均值为95.9J/cm2。从测试结果中可以看出，该件原材料在热处理后，通过和相关资料的比对，在所有力学性能当中：塑性指标相对较好，有较强冲击韧性，且断裂极限处在正常状态，但屈服极限指标相对较低。采用经验公式，可对疲劳极限进行估算，结果为424.4MPa。此外，在轴键槽的根部，其半径相对较小，有应力集中现象，承担极大拉应力，若未对其进行有效处理，将产生疲劳裂缝，最终导致早期失效。
2.4断口失效原因分析
综合以上分析，齿轮轴材料无明显缺陷，而且热处理组织及力学性能优良，经强度校核及结构分析可知设计合理，排除设计不当的原因。带式输送机使用中，用来输送物料，物料从料斗中掉落在带式输送上，所以带式输送机载荷一直是在变化的，同时带式输送机因工作需要随时停止和启动，存在冲击及频繁重载启动现象。经现场人员调查测量，现场其他同批带式输送机装配存在问题，驱动轴装配存在对中问题。结合试验，该高速轴工作时除受到扭力外，还受到由于对中问题造成的较大弯矩，同时存在重载启动现象。致使该轴受到较大的额外应力，在表面过早产生疲劳裂纹源，随着时间的推移，该轴在工作中受到不断变化载荷影响，疲劳裂纹不断扩大，直至最终断裂。
3减速机高速齿轮轴断裂失效处理
3.1在开始安装之前对整个减速机进行系统的检查
高速齿轮轴在质量方面存有问题，并且检查电机和齿轮减速器连接螺栓等尺寸是否匹配，这里是指电机的定位凸台、电机输入轴与齿轮减速机凹槽等尺寸及配合公差，这里不能存在任何不符合要求的，使轴出现断裂等故障。
3.2加强现代安装技术的应用
传统人工安装方式在精确度方面存在着较大的问题，无法保障安装的精确性，因此，很容易导致断轴现象。在最近几年当中激光校准与定位技术在减速机高速齿轮轴安装中的应用有效提升了高速齿轮轴安装的精确性，因此，现阶段企业在进行减速机高速齿轮轴安装时需要进一步加强现代安装技术的应用。
3.3加强日常管理与维护
加强日常管理与维护也是避免减速机出现高速齿轮断轴的重要方法，具体可以从以下两个方面入手。
3.3.1制定日常管理与维护计划，企业必须要针对减速机的实际使用情况，定期的对减速机进行检查，确保所有部件都不存在安全隐患。同时还需要明确检查中需要重点关注的内容，例如对高速齿轮轴进行检查与维护。
结语
（1）带式输送机减速机轴发生断裂是典型的高度疲劳，其宏观断口形貌呈现明显的疲劳断裂；
（2）经对原材料、硬度、显微组织、力学性能等一系列原因进行分析，均无异常，其断裂的原因是驱动轴的同心度存在超差，在运行中受到较大的弯曲应力，从而在轴的表面产生裂纹源，然后裂纹扩展，从而导致断裂；
（3）对此问题进行了改进，其另外2条生产线在安装机器时，对同心度进行了精确测量，运行良好，从而证明了原因分析的正确性。
参考文献：
[1]杨湘洪．电机轴的断裂分析及优化设计[J]．机床与液压，2005，（3）：109-110．
[2]雷旻，梁益龙，万明攀，等．减速机高速齿轮轴断裂失效分析[J]．金属热处理，2007，32（增刊）：234-238．
[3]李运生，楼天明，许安心.回转窑主减速机高速齿轮轴断齿、断轴分析对策[J].浙江冶金，2014（01）：27~31.
[4]马醇三，孙润冬，王晓明，邱开慧.F1轧机减速箱高速齿轮轴断齿分析[J].中国设备工程，2013（05）：37~39.
论文作者:靳璇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/8/1
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