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硬齿面减速机高速轴断裂的原因

发表时间: 2021-09-02 09:03:52

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断裂的原因

减速机高速轴为什么容易断裂?经综合调查,可知主要原因如下:

原因之一:键槽应力集中

观察许多带键槽的断轴断裂,可以看到最早的疲劳裂纹往往出现在平键键槽的尖角处,很明显键槽的应力集中和轴截面积的减小影响了轴的强度。

特别是键槽底部的圆角R对应力集中影响很大。图为某矿减速器高速轴键槽,键槽底部圆角R很小,增加了键槽的应力集中。

当轴承受纯扭转时,键槽和配合边的有效应力集中系数Kτ所示。当重要官员的抗拉强度RM为900 MPa时,键槽的有效应力集中系数Kτ=2。因此,键槽大大削弱了轴。

第二个原因是联轴器的同轴过盈配合

从图1可以看出,轴的断裂部分正好是联轴器同轴过盈配合的边缘,过盈配合对轴的强度影响很大。可以看出,过盈配合H7/r6的应力集中系数可以达到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H7/m6过盈配合的应力集中系数不小于1.8。因此,高速轴容易在联轴器和轴之间的过盈配合边缘断裂。

干涉连接的应力集中和接触应力分布所示。8a是干涉连接中应力集中的示意图;8b是示出当实心轮盘(齿轮)和轴之间的干涉为50μm时接触应力在纵向方向上的分布的曲线图;8c是示出当阶梯轮盘(齿轮)和轴之间的干涉为50 μ m时接触应力在纵向方向上的分布的曲线图。这示出了干涉配合对轴强度的影响。

值得注意的是,虽然上述原因之一(键槽中的应力集中)和第二个原因(过盈连接中的应力集中)对高速轴的强度有影响,但两者在轴的强度设计和安全系数计算中都已经考虑到了因素,所以可以肯定这两者都不是轴容易断裂的决定性原因。高速轴断裂的真正原因是以下人们不重视的原因。

第三个原因:减速器的安装和使用

硬齿面减速机设计中最难的问题之一就是电机和减速机轴的直径严重不匹配,减速机轴比电机轴细很多。通常,减速器轴直径d2约为电机轴d1的3/4至1/2。如果电机轴和减速器轴的同轴度差,则会在联轴器上产生额外的径向力f。

由于电机和减速器的轴径不同(d1和d2),弯曲截面模量不同(弯曲截面模量与直径d成正比),联轴器附加径向力f引起的两轴危险截面的附加弯矩(应力)也不同。示例如下:

轴危险截面的弯曲应力:

电机轴σ1 = fl1/0.1 D1;减速器轴σ 2 = fl2/0.1d2

当l1≈ l2时,两个应力之比为σ 2/σ 1 = D1/D2。

如果D2 = 1,D1 = 2,σ2/σ1 =8,应力差很大。

减速器断轴计算实例:

已知减速机高速轴断裂,直径d2=60mm,电机轴直径d1=90mm。

那么σ 2/σ 1 = D1/D2 = 903/603 = 3.375。

因此,总是减速器轴断裂。

附加径向力f的大小取决于电机和减速器两个轴的同轴度。这种同轴度对硬齿面减速器轴的损伤非常敏感。在《机械设计手册》中,通常规定减速机安装时不同轴的径向位移δ y,对于弹性联轴器,不应大于0.2 ~ 0.3 mm。这可能适用于齿面较软的减速器,但对于硬齿面减速机,可能过大。然而,大多数现场安装人员和用户并没有注意到这种错位,认为使用弹性联轴器可以自动补偿误差,这是一种严重的误判。上述计算表明,由于减速器轴比电机轴小得多,所以减速器轴上的弯曲应力比电机轴大得多,减速器轴断裂是不可避免的。

第四个原因:联轴器的径向刚度

联轴器的径向刚度是指弹性联轴器两半的两轴产生的每单位径向位移δ y所需的径向力。径向刚度越大,产生径向位移的径向力越大,对连接轴强度的不利影响越大。非金属弹性元件的柔性联轴器,如弹性套圈销联轴器、梅花形弹性块联轴器、轮胎联轴器等。,具有较小的径向刚度,但它们的径向刚度仍然不同。

一些制造质量差的联轴器径向刚度大。当两轴不对中并有径向位移时,作用在轴上的附加径向力很大,严重影响轴的强度。所示的蛇形弹簧联轴器是一个例子。半联轴器上的矩形直齿廓不利于径向位移的调整。

第五个原因:轴上旋转部件不平衡

如果旋转部件的静平衡或动平衡不好,旋转部件就会产生离心力,增加轴的附加应力,从而影响轴的强度。图11显示了半联轴器-轴-减速器的配置关系,图中半联轴器的质量有些偏心。

原因6:联轴器和制动器的质量重力

减速器的高速轴上一般都有联轴器或制动轮,它们的自重对齿面较软的减速器的高速轴强度影响不大,因为这种轴的尺寸可以做得比较大。但对于硬齿面减速机,由于高速轴上齿轮结构尺寸的限制,高速轴的尺寸和安全系数相对较小,联轴器或制动轮的质量重力可与上述离心力叠加。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不可忽视。

例:偏心率r = 0.1mm高速轴上旋转部件的质量为m=50kg,产生的离心力为4113N。如果考虑转动部件质量产生的重力为500N,两者叠加可达4613N,相当于离心力增加12%。可以看出,高速轴上旋转部件的质量产生的重力也会影响高速轴的强度。

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