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在生產(chǎn)實踐得知，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：

圖1 減速機高速軸斷裂實例

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：

減速機高速軸斷裂原因

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：

• 斷口是疲勞斷口，軸是疲勞斷裂。

• 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。

• 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。

• 軸的斷口垂直于軸的軸線，基本上是一種度鋼彎曲扭轉(zhuǎn)型斷口。

正常情況下，減速機高速軸通常僅承受轉(zhuǎn)矩作用。對以往多次斷軸案例進行疲勞強度計算結(jié)果表明，疲勞強度系數(shù)通常可達2以上，高速軸應(yīng)該是的，軸不可能斷裂。經(jīng)檢查軸的材料、熱處理也都符合技術(shù)要求。但是，高速軸還是經(jīng)常斷裂，可以說是減速機的多發(fā)病了！

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所示。當軸的抗拉強度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)力集中和應(yīng)力分布實例如圖7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。

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。

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。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。

某些制造很差的聯(lián)軸器，其徑向剛度很大，當兩軸不對中有徑向位移時，軸上的附加徑向力就很大，嚴重影響軸的強度。圖9所示的蛇形彈簧聯(lián)軸器就是一例。半聯(lián)軸器上的矩形直線齒廓就很不利于徑向位移的。

原因五：軸上零件的不平衡

零件的靜平衡或動平衡不好，將會使零件產(chǎn)生離心力，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)軸器有點偏心。

圖10 半聯(lián)軸器—軸—減速機的配置

零件偏心引發(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（kg）；

d——軸的直徑（mm）。

由于離心力與零件的平方成正比，因此對離心力的影響特別大。

原因六：軸上聯(lián)軸器、制動器的重力

減速機高速軸上一般都有聯(lián)軸器，或者制動器的制動輪，其自重對于軟齒面減速機的高速軸的強度來說，影響并不大，因為這種減速機軸的尺寸都可以做得比較大。但是，對硬齒面減速機來說，由于受高速軸上齒輪結(jié)構(gòu)尺寸的，高速軸的尺寸和系數(shù)都比較小，再由于聯(lián)軸器或制動輪的重力可以同上述的離心力疊加，在這種情況下，聯(lián)軸器或制動輪的對高速軸強度的影響就不可以忽視了。

2防止高速軸斷裂的主要措施

1、嚴格控制鍵槽的加工，特別是槽底的圓角半徑 r，盡可能按取大值；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；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，已經(jīng)好的同軸度。

激光對中裝置

7、重要的是控制減速機安裝的同軸度，安裝減速機時，應(yīng)技術(shù)的專業(yè)人員，負責、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。