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减速机高速轴的（de）断裂分析及其防治
在（zài）2016年中国减变速机（jī）技术论坛中（zhōng），北（běi）京科技（jì）大学机械（xiè）工程学（xué）院教授（沃德传动（天津）股份有限公司顾问）朱孝禄（lù）在（zài）报告（gào）中指出：数（shù）年来 ，减速机在长（zhǎng）时间的使用中，经常会有许许多多（duō）的失效案例。其中有些减速机的基（jī）础件（齿轮、轴、轴承）的失效是“多发病”，由于种种（zhǒng）原因，很难根治；而有些基础（chǔ）件的失效，其原因可能很难说清（qīng）楚，就这些“多发病” 和“疑难杂症”提出硬齿面减速机高速轴为什（shí）么经（jīng）常（cháng）断裂？如何（hé）防（fáng）治？并给予了细致的分析和解决（jué）办法。
生产实（shí）践经验得知，硬齿面减速机高速轴很容易发生断裂，如某国外减速机的高速轴经常在两处（chù）发生断裂：
断口特征：1 ) 断口是疲劳断口，轴是疲劳断裂。
2）轴的断裂部位大部分正好位于联轴器与轴过盈配合的边缘处。
3）最早的（de）疲劳裂纹大都发生在平键键槽的尖角（jiǎo）处（chù）或过渡圆角处。
4）轴的断口垂直于轴的轴线，基本上是一种高强度钢弯曲扭转型断口。
正常情（qíng）况下（xià），轴在设计中疲劳强度安全系数都很大，通常可达3以上（shàng），高速轴（zhóu）是不可能断裂的，且实际检验（yàn）后（hòu），轴的材（cái）料热（rè）处理（lǐ）工艺（yì）也是符合技术要求。
则高速轴发生断裂，经分（fèn）析整理后得出以下原（yuán）因：
原因一：键槽应力集中。从断口的宏观观察中（zhōng）看到，最早的疲劳裂纹发（fā）生在平（píng）键键槽尖角处（chù），因此键槽对轴的削（xuē）弱（轴的（de）截（jié）面积减小和应力（lì）集中）值得重视，特别是键槽底部的圆角r（下图），对应力集中的影响（xiǎng）很大。
轴纯扭转时，螺纹、键槽、横孔和配合边缘处有效应力集中系数K&，如下图所（suǒ）示，当轴的（de）抗（kàng）拉强度Rm=900MPa时,键槽的有效应力集中系数为2，因此键槽对轴的削弱是很大（dà）的。
原因二：联轴器与轴的过盈配合（hé）。在前面图中（zhōng）可以看到轴断裂部（bù）位正好（hǎo）是联轴器（qì）同轴过盈配合的边缘处，过盈配合（hé）对轴（zhóu）的强度（dù）影响很大。从应力集中（zhōng）的系数图可见：过盈配合（hé）H7/r6的应力集中（zhōng）系数可达2.2以上；过盈配（pèi）合H7/m6的应（yīng）力集中系数不会小于1.8.因此，高速轴在联轴器与轴过盈配合边缘处断裂就可以（yǐ）理解（jiě）了（le）。
原（yuán）因三：减速机的安装（zhuāng）、使用方面的问题（tí）。硬齿面减速机（jī）设计中的一个很大难题是电动机和减（jiǎn）速机轴直径（jìng）严重不匹配，减速机（jī）轴比电动（dòng）机轴（zhóu）细很多。通常，减速机轴直径是电动机轴（zhóu）3/4-1/2左右，如下图所示，如果电动机轴和减速机轴同（tóng）轴度很差，就会在联轴器上（shàng）产生附加径向力（lì）Fr。
由于（yú）轴径不同，造成（chéng）两者刚度不同（刚度同直径d^3成正比（bǐ）），联轴器产生的附加径向力F对两轴的（de）危险断面的附加弯矩（jǔ）（应力）也不（bú）同。
例：轴危险截面的弯曲应力：
电动机轴 σ1 = F l1 / 0.1 d1 ^ 3;减速机轴：σ2 = F l2 / 0.1 d2 ^ 3；
当 l1 ≈ l2 ，两应力比值为：
若取d2 = 1,d1 = 2,则 σ1 / σ2 = 8，应力差别巨大。
原因四：轴上联轴（zhóu）器的径向刚度（dù）。所谓联轴（zhóu）器的径向刚度是指联轴器两轴产生每单（dān）位径向（xiàng）位移Δy需要的径向力。径向刚度（dù）越大，径向力就（jiù）越大，对连接轴强度（dù）不良影响就越大，非金属弹性元（yuán）件挠性联（lián）轴器，如弹性套圆柱销（xiāo）联轴器、梅花联轴器、轮胎式联轴（zhóu）器等，其径向刚度就小。
原因五：轴上旋转零件的（de）不平衡。
旋转零件的静平衡或动平衡不好（hǎo），将会使（shǐ）旋转零件产生（shēng）离（lí）心力，增加了轴的附加应力（lì），从而（ér）影响（xiǎng）轴的强度。上图为联轴器-减速机的配置关系，图中联轴器质量有点偏心。
由偏心引发的离心力：
Q = π^2×n×m^2×r / 900
式中 Q：由偏心产生的离（lí）心力(N)；
r：偏心距（mm）;
n: 轴的转速（r/min）;
m: 联轴器（qì）的质量（kg）;
d：轴的直径（mm）.
由于（yú）离心力与（yǔ）旋转件零件的质量平方成正（zhèng）比，因此质量对离（lí）心力的影响特别（bié）大。
针对以上出现的问题，防止高速轴断裂我们（men）可按以下主要措施进行：
（1）严格控制（zhì）键槽的加工质量，特别是槽（cáo）底的圆角r，尽（jìn）可能按（àn）标准取最 大值；没有圆角（jiǎo）的键槽不能使用。
（2）安装在高速（sù）轴上的联轴器、制动轮等，应经过静平（píng）衡或动平衡实验，避免过大的（de）附加离心力。
（3）粘附在联轴器、制动轮上的附作物应及时清除。
（4）不能使用制造质量不符合技术要求的的联轴器（qì）、制（zhì）动轮。
（5）减速机和电（diàn）动机的底座面最 好采用经过加工的（de）平面，垫片要平整，最 好（hǎo）有定（dìng）位措施。
（6）定期检查地脚螺栓（shuān）是否松动、断裂等，目（mù）的是为了防止运转一段时间后，电动机或减速机发生位移，破坏已经调整好的同轴度。
控制减速机安装的不同轴度，安装时，应由专人负（fù）责调整（zhěng）、检测电动机和减速机的不同轴度。采（cǎi）用快速、简单、经（jīng）济的激光对中装置，检测两轴的对中可能有好的效果。
