MLX80—40減速機錐齒輪軸斷裂原因分析

韓玉龍 王振海

摘要：從減速機錐齒輪的設計、材料的物理化學性能、工作時受力情況分析了錐齒輪斷裂原因。

關鍵詞：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的MLX8004減速機，使用近一年時，檢修過程中，發現減速機聯軸器孔內錐齒輪軸輸入端斜形斷裂。為確定錐齒輪軸斷裂性質及產生原因，受其委托，我單位對其進行了質量鑒定。

1 現場勘查

據現場查驗，錐齒輪軸斷裂位于輸入端鍵槽處，斷面穿過鍵槽，呈45°角斜面。裂源區已碎裂、掉塊，并已擠壓變光。

2 錐齒輪軸發生斷裂的原因分析

2.1 錐齒輪軸的化學成分、機械性能、硬度試驗檢測

對發生斷裂的錐齒輪軸進行化學成分、縱向室溫拉伸試驗、室溫沖擊試驗、截面硬度試驗，試驗檢測結果分別見表1、表2、表3。試驗檢測結果表明：材料化學成份完全符合要求，抗拉強度低于要求，硬度低于最低要求，可以判定該軸機械性能不合格。

2.2 錐齒輪軸的低倍試驗分析

對錐齒輪軸進行橫向截面低倍熱酸浸試驗，結果表明，低倍組織符合要求，無裂紋與肉眼可見宏觀缺陷?？梢娨粋孺I槽根部呈小圓角，一側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、復合載荷以及振動載荷等，對齒輪軸的生產制造質量均有嚴格要求。錐齒輪軸生產工序多，周期長，工序中的每個細小環節都影響著產品質量，控制稍有不當，就會產生足以影響質量的缺陷，有些缺陷可直接影響錐齒輪軸的使用壽命。針對錐齒輪軸斷裂問題，根據錐齒輪軸的低倍試驗、化學成分、機械性能、硬度檢測試驗結果，綜合分析：

（1）錐齒輪軸材料成份符合規定要求。同時力學性能試驗結果說明，材料抗拉強度、硬度低于要求，故錐齒輪軸未達設計技術指標要求。

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

（3）錐齒輪軸斷裂位于輸入端鍵槽處。在錐齒輪軸服役過程中，輸入端電機通過聯軸器、鍵與錐齒輪軸聯接，傳遞運動和動力。由于鍵槽一側根部存在圓角過大，與鍵配合不佳，而此側正是受力端。由此將造成傳動過程中一個非正常的振動應力和附加的彎曲應力。同時因材料硬度不足、強度不足，在脈動循環應力反復作用下，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生和發展。疲勞裂紋通常是在局部應力最高以及局部強度最低的一點或幾點上產生的。疲勞裂紋一旦成核，其擴展速率和方向便受裂紋頂端的局部應力和材料的組織結構控制。由于作用應力很小，循環頻率較高，故裂紋以緩慢的疲勞形式繼續擴展，直到斷裂。

3 結論

綜上所述，錐齒輪軸輸入端斷裂起源于鍵槽外表面，為高周旋轉彎曲疲勞斷裂，也稱低應力長壽命疲勞斷裂。錐齒輪軸斷裂產生的原因主要有兩方面：錐齒輪軸組織狀態不佳、硬度低、強度不足，直接影響產品性能和使用壽命。錐齒輪軸輸入端鍵槽一側根部為小圓角，一側根部為大圓角，與圖紙不符。大圓角側與鍵配合不佳，造成傳動過程中附加彎曲應力和振動應力。

作者簡介：

韓玉龍（1987），男，山西忻州人，碩士，助工，主要從事機械產品檢驗工作。