MLX80—40減速機(jī)錐齒輪軸斷裂原因分析

韓玉龍 王振海

摘要：從減速機(jī)錐齒輪的設(shè)計(jì)、材料的物理化學(xué)性能、工作時(shí)受力情況分析了錐齒輪斷裂原因。

關(guān)鍵詞：疲勞；工作情況；斷裂

Abstract：Analysis of fatigue fracture from the design of bevel gea，physical and chemical properties of materials and work stress.

Key words：fatigue；Working condition；breakage

某高速齒輪箱股份有限公司生產(chǎn)的MLX8004減速機(jī)，使用近一年時(shí)，檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)減速機(jī)聯(lián)軸器孔內(nèi)錐齒輪軸輸入端斜形斷裂。為確定錐齒輪軸斷裂性質(zhì)及產(chǎn)生原因，受其委托，我單位對(duì)其進(jìn)行了質(zhì)量鑒定。

1 現(xiàn)場(chǎng)勘查

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)，錐齒輪軸斷裂位于輸入端鍵槽處，斷面穿過(guò)鍵槽，呈45°角斜面。裂源區(qū)已碎裂、掉塊，并已擠壓變光。

2 錐齒輪軸發(fā)生斷裂的原因分析

2.1 錐齒輪軸的化學(xué)成分、機(jī)械性能、硬度試驗(yàn)檢測(cè)

對(duì)發(fā)生斷裂的錐齒輪軸進(jìn)行化學(xué)成分、縱向室溫拉伸試驗(yàn)、室溫沖擊試驗(yàn)、截面硬度試驗(yàn)，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果分別見(jiàn)表1、表2、表3。試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明：材料化學(xué)成份完全符合要求，抗拉強(qiáng)度低于要求，硬度低于最低要求，可以判定該軸機(jī)械性能不合格。

2.2 錐齒輪軸的低倍試驗(yàn)分析

對(duì)錐齒輪軸進(jìn)行橫向截面低倍熱酸浸試驗(yàn)，結(jié)果表明，低倍組織符合要求，無(wú)裂紋與肉眼可見(jiàn)宏觀缺陷?？梢?jiàn)一側(cè)鍵槽根部呈小圓角，一側(cè)鍵槽根部呈明顯大圓角。錐齒輪軸圖紙要求鍵槽根部圓角R=0.5mm。

2.3 錐齒輪軸工作情況分析

錐齒輪軸承受各種類型的載荷，如拉抻、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、復(fù)合載荷以及振動(dòng)載荷等，對(duì)齒輪軸的生產(chǎn)制造質(zhì)量均有嚴(yán)格要求。錐齒輪軸生產(chǎn)工序多，周期長(zhǎng)，工序中的每個(gè)細(xì)小環(huán)節(jié)都影響著產(chǎn)品質(zhì)量，控制稍有不當(dāng)，就會(huì)產(chǎn)生足以影響質(zhì)量的缺陷，有些缺陷可直接影響錐齒輪軸的使用壽命。針對(duì)錐齒輪軸斷裂問(wèn)題，根據(jù)錐齒輪軸的低倍試驗(yàn)、化學(xué)成分、機(jī)械性能、硬度檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，綜合分析：

（1）錐齒輪軸材料成份符合規(guī)定要求。同時(shí)力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，材料抗拉強(qiáng)度、硬度低于要求，故錐齒輪軸未達(dá)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求。

（2）錐齒輪斷軸截面低倍試驗(yàn)結(jié)果表明，錐齒輪軸鍵槽兩側(cè)根部明顯不同，一側(cè)根部呈小圓角，一側(cè)根部有明顯大圓角。而圖紙要求鍵槽根部圓角R=0.5mm，明顯大圓角側(cè)圓角半徑大于0.5mm、應(yīng)為機(jī)加工所為。明顯大圓角側(cè)根部與鍵配合不佳，將直接影響傳動(dòng)效果，并可改變受作用應(yīng)力方向和方式。

（3）錐齒輪軸斷裂位于輸入端鍵槽處。在錐齒輪軸服役過(guò)程中，輸入端電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器、鍵與錐齒輪軸聯(lián)接，傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。由于鍵槽一側(cè)根部存在圓角過(guò)大，與鍵配合不佳，而此側(cè)正是受力端。由此將造成傳動(dòng)過(guò)程中一個(gè)非正常的振動(dòng)應(yīng)力和附加的彎曲應(yīng)力。同時(shí)因材料硬度不足、強(qiáng)度不足，在脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力反復(fù)作用下，將萌生疲勞裂紋。如果恰好在工件表面或亞表面存在材料缺陷，將加速疲勞裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展。疲勞裂紋通常是在局部應(yīng)力最高以及局部強(qiáng)度最低的一點(diǎn)或幾點(diǎn)上產(chǎn)生的。疲勞裂紋一旦成核，其擴(kuò)展速率和方向便受裂紋頂端的局部應(yīng)力和材料的組織結(jié)構(gòu)控制。由于作用應(yīng)力很小，循環(huán)頻率較高，故裂紋以緩慢的疲勞形式繼續(xù)擴(kuò)展，直到斷裂。

3 結(jié)論

綜上所述，錐齒輪軸輸入端斷裂起源于鍵槽外表面，為高周旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞斷裂，也稱低應(yīng)力長(zhǎng)壽命疲勞斷裂。錐齒輪軸斷裂產(chǎn)生的原因主要有兩方面：錐齒輪軸組織狀態(tài)不佳、硬度低、強(qiáng)度不足，直接影響產(chǎn)品性能和使用壽命。錐齒輪軸輸入端鍵槽一側(cè)根部為小圓角，一側(cè)根部為大圓角，與圖紙不符。大圓角側(cè)與鍵配合不佳，造成傳動(dòng)過(guò)程中附加彎曲應(yīng)力和振動(dòng)應(yīng)力。

作者簡(jiǎn)介：

韓玉龍（1987），男，山西忻州人，碩士，助工，主要從事機(jī)械產(chǎn)品檢驗(yàn)工作。