4m寬皮帶傳動(dòng)軸斷裂原因分析

于嘉偉

摘 要 本文介紹了燒結(jié)廠4 m布料寬皮帶傳動(dòng)滾筒的使用情況，對(duì)雙輸入軸傳動(dòng)滾筒的單側(cè)軸多次斷裂進(jìn)行了理論分析。

關(guān)鍵詞 軸 斷裂 失效

八鋼煉鐵分公司燒結(jié)分廠兩條265m2燒結(jié)生產(chǎn)線分別于2006年11月和2008年10月投產(chǎn)，混合物料在燒結(jié)機(jī)臺(tái)車上的布料形式，都采用了擺動(dòng)皮帶與4 m寬皮帶再加上多輥布料器三種設(shè)備組合的方式，改善了物料偏析，布料效果較好。但4 m寬皮帶在使用中曾多次發(fā)生雙輸入傳動(dòng)滾筒軸斷裂的情況，本文就傳動(dòng)滾筒輸入軸斷裂進(jìn)行分析。

一、傳動(dòng)軸斷裂失效原因分析

1.傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)。4 m寬皮帶是變頻調(diào)速小角度下傾皮帶。輸送帶由尾部滾筒傳動(dòng)，左右對(duì)稱雙輸入驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)減速機(jī)懸掛于軸上，通過(guò)法蘭與軸承座相連。傳動(dòng)滾筒軸與減速機(jī)通過(guò)普通平鍵連接。數(shù)次軸斷裂位置都發(fā)生在Φ90與Φ105軸肩處，如圖1。

我們對(duì)比了這幾次傳動(dòng)軸斷裂的斷面，發(fā)現(xiàn)軸幾次斷裂斷面有很大的相似性，初步推測(cè)是同一原因?qū)е螺S斷裂，失效斷面見(jiàn)圖2。

機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中給出了階梯軸設(shè)計(jì)是軸肩倒角和圓角的推薦值見(jiàn)表1，而此軸Φ90與Φ105軸肩處基本無(wú)圓角，直接導(dǎo)致軸肩處產(chǎn)生應(yīng)力集中。從圖1來(lái)看Φ90與Φ105軸肩也是直徑最小的部位，此處是整個(gè)軸的危險(xiǎn)截面，應(yīng)力集中最大。

設(shè)計(jì)制造為了減輕重量，傳動(dòng)滾筒的兩個(gè)傳動(dòng)軸相對(duì)獨(dú)立，沒(méi)有采用通軸，而是與筒體通過(guò)與輻板焊接連接。這在一定程度上減小了軸的剛度，兩側(cè)軸的同軸度和直線度容易喪失，而軸在滾筒的重力和減速器軸孔的約束下也更容易發(fā)生彎曲彈性變形。我們將斷面圖與疲勞斷口形貌示意圖對(duì)照進(jìn)行對(duì)照，斷面與圖表中大應(yīng)力集中的旋轉(zhuǎn)彎曲失效形式吻合度很高，見(jiàn)表2。

3.軸斷裂的改進(jìn)措施。（1）軸肩處必須嚴(yán)格按照零件倒角C與圓角半徑R的推薦值制造，圓角直徑不小于機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦值，從軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上減小軸肩處的應(yīng)力集中。（2）將軸與滾筒的連接由單輻板焊接改成雙輻板焊接，提高軸在使用中的剛度。制造過(guò)程中，必須遵循先焊接后車軸的工序，嚴(yán)格控制兩側(cè)軸的同軸度。（3）該軸的扭轉(zhuǎn)剪切強(qiáng)度已經(jīng)非常接近調(diào)質(zhì)40Cr的扭轉(zhuǎn)疲勞極限值，為保證原有減速器能在改進(jìn)滾筒之后繼續(xù)使用，建議制造廠使用扭轉(zhuǎn)疲勞極限值更高的材料來(lái)制造傳動(dòng)軸。

二、結(jié)束語(yǔ)

從以上分析、校核計(jì)算結(jié)果看，已基本確定4m寬皮帶傳動(dòng)軸斷裂的原因。通過(guò)與制造廠的溝通，軸斷裂的問(wèn)題已得到解決。寬皮帶的穩(wěn)定運(yùn)行降低了設(shè)備維護(hù)成本，為八鋼265 ㎡燒結(jié)產(chǎn)線的順利運(yùn)行創(chuàng)造了有利條件。

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