在生產(chǎn)實踐經(jīng)驗得知，硬齒面減速機高速軸很容易發(fā)生斷裂，如某國外減速機的高速軸經(jīng)常在兩處發(fā)生斷裂：

 

 

       一處在聯(lián)軸器同高速軸的配合端面部位：

 

 

       另一處在軸承同軸的配合端面部位:

 

 

 

       這是高速軸斷裂的A斷口形貌，從圖中可以看到疲勞源位于鍵槽底部的尖角處。斷口具有疲勞源區(qū)、疲勞擴展區(qū)和靜斷區(qū)，高速軸是典型的疲勞斷裂。

 

       這是高速軸斷裂的B斷口形貌,這也是一個疲勞斷裂斷口，靜斷區(qū)很小，說明軸中的名義應(yīng)力并不大。

       斷裂軸的斷口特征：

       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(lián)軸器與軸過盈配合的邊緣處。

       3）早的疲勞裂紋大都發(fā)生在平鍵鍵槽的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(zhuǎn)型斷口。

       正常情況下，軸在設(shè)計中疲勞強度安全系數(shù)都很大，通常可達3以上，高速軸是不會斷裂的；實際檢驗后，軸的材料熱處理工藝也是符合技術(shù)要求的。所以在高速軸發(fā)生斷裂后，經(jīng)分析我們得出以下原因：

原因一：鍵槽的應(yīng)力集中

       觀察很多帶鍵槽的斷軸斷口，可以看到早的疲勞裂紋往往發(fā)生在平鍵鍵槽尖角處，很明顯鍵槽的應(yīng)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(yīng)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(yīng)力集中。

 

       軸受純扭轉(zhuǎn)時，鍵槽和配合邊緣處的有效應(yīng)力集中系數(shù)Kτ見圖7[1]所示。當(dāng)軸的抗拉強度Rm=900MPa時，鍵槽的有效應(yīng)力集中系數(shù)Kτ=2。因此鍵槽對軸的削弱是很大的。

原因二：聯(lián)軸器同軸的過盈配合

 

       當(dāng)軸斷裂部位正好是聯(lián)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。可見：過盈配合H7/r6 的應(yīng)力集中系數(shù)可達2.2以上；過盈配合H7/k6的應(yīng)力集中系數(shù)約為1.77；高速軸常用的過盈配合H7/m6的應(yīng)力集中系數(shù)不會小于1.8。因此，高速軸就容易在聯(lián)軸器與軸過盈配合邊緣處斷裂了。

過盈連接的應(yīng)力集中和接觸應(yīng)力分布實例如圖所示。

 

       值得注意的是，以上原因之一（鍵槽應(yīng)力集中）和原因之二（過盈連接應(yīng)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(shè)計和安全系數(shù)計算中都已經(jīng)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(fā)病的是以下幾個人們不注意的原因：

原因三：減速機的安裝、使用方面的問題

       硬齒面減速機設(shè)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，如圖所示。如果電動機軸和減速機軸同軸度很差，就會在聯(lián)軸器上產(chǎn)生附加徑向力F。

 

 

電動機、聯(lián)軸器和減速機的配置

       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(shù)不同（抗彎截面模數(shù)同直徑 d3成正比），聯(lián)軸器產(chǎn)生的附加徑向力F對兩軸的危險斷面的附加彎矩（應(yīng)力）也不同[1]。舉例說明如下：

       軸危險截面的彎曲應(yīng)力：

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

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

           如果取d2=1 , d1=2, 則 σ2/σ1 =8，應(yīng)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(shè)計手冊》中，對于彈性聯(lián)軸器通常規(guī)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(shù)現(xiàn)場安裝、使用人員并不重視此不同軸度，認為使用彈性聯(lián)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(yīng)力要比電動機軸大很多，減速機軸發(fā)生斷裂就是必然了。

 

原因四：軸上聯(lián)軸器的徑向剛度。

       所謂聯(lián)軸器的徑向剛度是指聯(lián)軸器兩軸產(chǎn)生每單位徑向位移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(lián)軸器，如彈性套圓柱銷聯(lián)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：軸上旋轉(zhuǎn)零件的不平衡。

      旋轉(zhuǎn)零件的靜平衡或動平衡不好，將會使旋轉(zhuǎn)零件產(chǎn)生離心力，增加了軸的附加應(yīng)力，從而影響軸的強度。圖為半聯(lián)軸器——軸——減速機的配置關(guān)系，圖中半聯(lián)軸器質(zhì)量有點偏心。

 

半聯(lián)軸器—軸—減速機的配置

       旋轉(zhuǎn)零件質(zhì)量偏心引發(fā)的離心力為

       式中 Q——由偏心產(chǎn)生的離心力(N)；

               r——偏心距 (mm)；

               n——軸的轉(zhuǎn)速 (r/min)；

              m——聯(lián)軸器的質(zhì)量(kg)；

               d——軸的直徑（mm）。

 

       由于離心力與旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量平方成正比，因此質(zhì)量對離心力的影響特別大。

 

       1）嚴格控制鍵槽的加工質(zhì)量，特別是槽底的圓角半徑 r，盡可能按標(biāo)準(zhǔn)取大值；沒有圓角的鍵槽不能使用。

       2）安裝在高速軸上的聯(lián)軸器、制動輪等，應(yīng)經(jīng)過靜平衡或動平衡試驗，避免過大的附加離心力。

       3）盡量減輕聯(lián)軸器、制動輪重量。

       4）不能使用制造質(zhì)量不符合技術(shù)要求的聯(lián)軸器、制動器。

       5）減速機和電動機的底座底面，好采用經(jīng)過加工的平面；調(diào)整墊片要平整，好有定位措施，如圖所示。

 

 

       6）定期檢查地腳螺栓是否有松動、斷裂等，目的是為了防止設(shè)備運轉(zhuǎn)一段時間后，電動機或減速機發(fā)生移動，破壞已經(jīng)調(diào)整好的同軸度。

       7）重要的是控制減速機安裝的同軸度，安裝減速機時，應(yīng)派遣掌握技術(shù)的專業(yè)人員，負責(zé)調(diào)整、檢測電動機和減速機的同軸度。采用快速、簡單、經(jīng)濟的激光對中裝置，檢測兩軸的對中可能有好的效果。

 

激光對中裝置

 

（來源：中通協(xié)減速機分會）