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硬齿面减速机高速轴容易断裂的原因和预防

发表时间: 2021-07-07 09:18:19

作者: 浙江塞纳德动力科技有限公司

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硬齿面减速机高速轴容易断的主要原因

为什么硬齿面减速机的高速轴容易断? 综合排查,主要原因如下: 

原因之一:键槽应力集中 

观察多处带键槽的断轴断裂,可见最早的疲劳裂纹 常发生在平键键槽的尖角处,很明显键槽应力集中和轴截面积的减小对轴的强度有影响。  

特别是键槽底部的圆角r对应力集中影响很大。 图为矿用减速机高速轴键槽。 键槽底部的圆角r很小,增加了键槽的应力集中。  

当轴受到纯扭转时,键槽和配合边缘处的有效应力集中系数 Kτ。 当轴的抗拉强度Rm=900MPa时,键槽有效应力集中系数Kτ=2。 因此,键槽大大削弱了轴。  

 

原因二:联轴器同轴过盈配合 

可以看出轴的断裂部分正好在联轴器同轴过盈配合的边缘,过盈配合的强度 对轴影响很大。 过盈配合H7/r6的应力集中系数可达2.2以上; 过盈配合H7/k6的应力集中系数约为1.77; 高速轴常用的过盈配合H7/m6的应力集中系数不小于1.8。 因此,高速轴容易在联轴器与轴过盈配合的边缘处断裂。  

过盈连接的应力集中和接触应力分布实例。  a为过盈连接应力集中示意图;  b为实心轮(齿轮)与轴过盈量为50μm时长度方向的接触应力分布图;  c为阶梯轮(齿轮)与轴的长度方向接触应力分布图。配合过盈量为50μm时,长度方向的接触应力分布图。 这表明过盈配合对轴强度的影响。  

值得注意的是,虽然上述原因之一(键槽应力集中)和第二个原因(过盈连接应力集中)对高速轴的强度有影响,但在轴强度设计中均采用 和安全系数计算这两个因素都已经考虑到了,所以可以肯定,它们都不是轴容易断裂的决定性原因。 高速轴断裂频繁发生的真正原因是以下几个人们不重视的原因。  


原因之三:硬齿面减速机的安装、使用方面的问题

硬齿面减速机设计中的一个老大难问题是电动机和减速机轴直径严重不匹配,减速机轴比电动机轴要细很多。通常,减速机轴直径d2是电动机轴d1的3/4~1/2左右。如果电动机轴和减速机轴同轴度很差,就会在联轴器上产生附加径向力F。


原因之四:轴上联轴器的径向刚度

所谓联轴器的径向刚度是指弹性联轴器的两半联轴器的两轴,产生每单位径向位移Δy需要的径向力。径向刚度越大,产生径向位移的径向力越大,对连接轴强度不良影响就越大。非金属弹性元件挠性联轴器,如弹性套圈柱销联轴器、梅花形弹性块联轴器、轮胎式联轴器等,其径向刚度就较小,但是其径向刚度还是有差别。

某些制造质量很差的联轴器,其径向刚度很大,当两轴不对中有径向位移时,轴上的附加径向力就很大,严重影响轴的强度。所示的蛇形弹簧联轴器就是一例。半联轴器上的矩形直线齿廓就很不利于径向位移的调整。


原因之五:轴上旋转零件的不平衡

旋转零件的静平衡或动平衡不好,将会使旋转零件产生离心力,增加了轴的附加应力,从而影响轴的强度。半联轴器——轴——减速机的配置关系,图中半联轴器质量有点偏心。


原因之六:轴上联轴器、制动器的质量重力

减速机高速轴上一般都有联轴器,或者制动器的制动轮,其自重对于软齿面减速机的高速轴的强度来说,影响并不大,因为这种减速机轴的尺寸都可以做得比较大。但是,对硬齿面减速机来说,由于受高速轴上齿轮结构尺寸的限制,高速轴的尺寸和安全系数都比较小,再由于联轴器或制动轮的质量重力可以同上述的离心力叠加,在这种情况下,联轴器或制动轮的质量对高速轴强度的影响就不可以忽视了。


防止硬齿面减速机高速轴断裂的主要措施

针对以上出现的问题,可提出防止高速轴断裂的主要措施:

1)严格控制键槽的加工质量,特别是槽底的圆角半径 r,尽可能按标准取大值;没有圆角的键槽不能使用。

2)安装在高速轴上的联轴器、制动轮等,应经过静平衡或动平衡试验,避免过大的附加离心力。

3)尽量减轻联轴器、制动轮重量。

4)不能使用制造质量不符合技术要求的联轴器、制动器。

5)减速机和电动机的底座底面,最好采用经过加工的平面;调整垫片要平整,最好有定位措施。

6)定期检查地脚螺栓是否有松动、断裂等,目的是为了防止设备运转一段时间后,电动机或减速机发生移动,破坏已经调整好的同轴度。

7)最重要的是控制减速机安装的同轴度,安装减速机时,应派遣掌握技术的专业人员,负责调整、检测电动机和减速机的同轴度。采用快速、简单、经济的激光对中装置,检测两轴的对中可能有好的效果。


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