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減速機高速軸的斷裂分析及其防治
在2016年中國減變速機技（jì）術論壇中，北京科（kē）技大學機械（xiè）工程學院教授（shòu）（沃德傳動（天津）股份有限公（gōng）司顧問）朱孝祿在報告中指出：數年來 ，減速機在長時間的使用中，經常會有許許（xǔ）多多的失效（xiào）案例。其中有些減速機的（de）基礎（chǔ）件（齒輪、軸（zhóu）、軸承）的失效是“多發病”，由於種種原因，很難根治；而有（yǒu）些基礎件的失效，其原因可能很難說清（qīng）楚，就這些（xiē）“多發病” 和“疑（yí）難雜症”提出硬齒麵（miàn）減速機高速（sù）軸為什麽經常斷裂？如何防治？並給予（yǔ）了細致的分析（xī）和解決辦（bàn）法（fǎ）。
生產實踐經驗得知，硬齒麵減速（sù）機高速（sù）軸很容易發生斷（duàn）裂（liè），如某國外減速機的高速（sù）軸經常在兩（liǎng）處發生斷裂：
斷口（kǒu）特征：1 ) 斷口是疲勞斷口，軸是疲勞斷裂。
2）軸的斷裂部位大部分（fèn）正（zhèng）好位於聯軸器與軸（zhóu）過盈配合的邊（biān）緣處。
3）最早（zǎo）的疲勞裂紋大都（dōu）發生在平鍵鍵槽的尖角處或過渡圓角處（chù）。
4）軸的斷口垂直於軸（zhóu）的軸線，基本上是一種（zhǒng）高（gāo）強度鋼彎曲扭轉型斷（duàn）口。
正常情況下，軸在設計中疲勞強度安全係數都很（hěn）大，通常可達3以上，高速軸是（shì）不可能斷（duàn）裂的，且實際檢驗後，軸的材料熱處理工藝也是符合技術（shù）要求。
則高速軸發生斷裂，經分析整理後得出以下原因：
原因一：鍵槽應力集中。從斷口的宏觀觀察中看到，最早的疲勞裂紋發生在平鍵鍵槽尖角處，因此鍵槽對軸的削弱（軸的截（jié）麵積減小和應力集中）值得重（chóng）視，特別是鍵槽底（dǐ）部的圓角r（下圖），對應（yīng）力集中的影響很大。
軸純（chún）扭（niǔ）轉時，螺紋、鍵槽、橫孔和配合邊緣處有效應力集中係數K&，如（rú）下圖所示（shì），當軸的抗拉強度Rm=900MPa時,鍵槽的有效應力集中係數為（wéi）2，因此鍵槽對軸的削弱是很大（dà）的。
原因二：聯軸器與軸的過（guò）盈配合。在前麵圖（tú）中（zhōng）可以看（kàn）到軸斷（duàn）裂（liè）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。從應力集中的（de）係數圖可見：過盈配合（hé）H7/r6的應力集中係數可達2.2以上；過盈（yíng）配合H7/m6的應力集中係數不會（huì）小於1.8.因（yīn）此，高速軸在聯軸器與軸過盈配合邊緣處斷裂就可以理解了。
原因三：減速機的安裝、使用方麵的問題。硬齒麵（miàn）減速（sù）機（jī）設計中的一個很大難題是（shì）電動機和減速機軸直徑嚴（yán）重不匹（pǐ）配，減（jiǎn）速機軸比電動機軸細很多。通常，減速機軸直徑是電動機軸（zhóu）3/4-1/2左右，如下圖所示，如果電動機軸（zhóu）和減速機軸同軸度很差，就會在聯軸器（qì）上產生附加（jiā）徑向力Fr。
由於軸徑不同，造成兩者剛度（dù）不同（tóng）（剛度同直徑d^3成正比），聯軸器產生的附加徑（jìng）向力F對兩軸的危險斷麵的（de）附加彎矩（應（yīng）力）也不同。
例：軸（zhóu）危險截麵的彎曲應力：
電動機軸（zhóu） σ1 = F l1 / 0.1 d1 ^ 3;減速機軸：σ2 = F l2 / 0.1 d2 ^ 3；
當 l1 ≈ l2 ，兩應力比值為：
若取d2 = 1,d1 = 2,則 σ1 / σ2 = 8，應力差別巨大。
原因四：軸上聯軸器的徑向剛度。所謂聯軸器的（de）徑向剛度是指（zhǐ）聯（lián）軸器兩（liǎng）軸產生每單位徑向位移Δy需（xū）要的徑向力。徑（jìng）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（xiāo）聯（lián）軸器、梅花聯軸器、輪胎式聯軸器等，其徑向剛度就小。
原因五：軸上旋轉零（líng）件（jiàn）的不平衡。
旋（xuán）轉零件的靜平衡或動平衡不好，將會使旋轉零件產生離心力，增加了軸的附加應力，從而影響軸的強度。上圖（tú）為聯（lián）軸器-減速機的配置關係，圖中聯軸器質量有點偏心。
由偏心引發的離心力：
Q = π^2×n×m^2×r / 900
式（shì）中 Q：由偏心產生的離心力(N)；
r：偏心距（mm）;
n: 軸的轉速（r/min）;
m: 聯軸器的（de）質量（kg）;
d：軸的直徑（mm）.
由於離（lí）心力與旋轉件零件的質量平方成正比，因（yīn）此質（zhì）量對離心力的影響特別大。
針對以上出現的問題，防（fáng）止高速軸斷裂我們可按（àn）以下主要（yào）措（cuò）施進行：
（1）嚴格控製鍵槽的加（jiā）工（gōng）質量，特別是槽底的圓（yuán）角r，盡可能按標（biāo）準取最 大值；沒有圓角的鍵槽不能使用。
（2）安裝在高速（sù）軸上的聯軸器、製動輪等，應經過靜平（píng）衡或動平衡實驗，避免過大的附加離心力。
（3）粘附在聯軸器、製動輪上的附作物應及時清除。
（4）不能使用製造質量（liàng）不（bú）符合技術要求的的聯軸器、製動輪。
（5）減速機和電（diàn）動機的底座麵最 好采用（yòng）經過加工的平麵，墊片要平整（zhěng），最 好有（yǒu）定位措施。
（6）定期檢查地腳螺栓是否鬆動、斷裂等（děng），目的是為了防止運轉一段（duàn）時間後，電動（dòng）機或減速機發（fā）生位移，破壞已經調整好的同（tóng）軸度。
控製減（jiǎn）速機安裝的不同軸度（dù），安（ān）裝時，應由專人負責調（diào）整、檢測電動機（jī）和減速（sù）機的（de）不（bú）同（tóng）軸度。采用快速、簡單、經濟的激光對中裝置，檢測兩（liǎng）軸的對中可能有好的效果（guǒ）。
