齿轮减速机齿轴断裂的原因

【1】齿轮减速机齿轮轴断裂检测

一、基础资料收集基础资料的收集是进行减速机输入轴断裂检测工作的重要基础，对后续检测工作的正常开展，以及得准确的检测结果均有重要作用和意义，应引起相关人员的重视。此次研讨的主要对象为710NE型减速机，其速比、输入功率和输入转速分别为1：2.034、710kW和741r/min。根据生产单位提交的相关工艺图纸，其硬度需要达到59-62HRC的要求。

二、主要力学性能检测为对该件原材料各项力学性能进行检测，通过线切割制得拉伸试样与冲击试样。其中，拉伸试样属于非标准形式的板状试样，其截面面积为4mm×10mm；而冲击试样则属于U型缺口形式的试样。从测试结果中可以看出，该件原材料在热处理后，通过和相关资料的比对，在所有力学性能当中：塑性指标相对好，有较不错冲击韧性，且断裂限度处在正常状态，但屈服限度指标相对较低。采用经验公式，可对疲劳限度进行估算，结果为424.4MPa。此外，在轴键槽的根部，其半径相对小，有应力集中现象，承担大拉应力，若未对其进行处理，将产生疲劳裂缝，朂终导致早期失效。

三、HRC检测对轴内截面与外柱面进行取样检测，其结果为：外柱面的硬度分别为35、33.5、38、37、37、36.8、37、35.8，平均值为36.2；内截面分三个区域，截面边缘的硬度分别为34.5、33.0、33.3、33.9，平均值为33.7；过渡区域的硬度分别为34.5、34.0、36.0、34.5、35.5，平均值为34.9；截面心部的硬度分别为36.0、36.0、36.0、37.5、38.0，平均值为36.7。从以上结果可以看出，该件硬度为35-38HRC，未能达到要求，即59-62HRC，而且和其它相关资料提出的要求也有很大差距。

四、主要成分检测对于该减速机，其输入轴以17CrNiMo6钢为主要原材料，在取样后，用光谱测定仪与碳硫仪进行成分含量测定，测定结果为：碳含量0.18%、锰含量0.57%、硅含量0.27%、磷含量0.011%、硫含量0.003%、铬含量1.73%、镍含量1.55%、钼含量0.28%。通过对相关资料的查证可知，该原材料为德国牌号，成分方面的技术要求为：碳含量在0.15~0.19%范围内、锰含量在0.40~0.60%范围内、硅含量在0.15~0.40%范围内、磷含量不可以小于0.025%、硫含量不可以小于0.025%、铬含量在1.50~1.80%范围内、镍含量在1.40~1.70%范围内、钼含量在0.25~0.35%范围内。通过对比可知，该件硫、磷等元素含量达到技术要求。

五、主要夹杂物的检测取样后将其加热到900℃，恒温保持45min之后，随炉冷却处理后金相制样观测，并和现行标准进行对比与综合评价。经评价，该件夹杂等级为1，可以达到技术要求。

【2】输入轴断裂原因

一、减速机齿轮轴断裂宏、微观分析2.1宏观分析宏观分析是指人员利用肉眼对轴进行观察，根据自身经验确定轴基本情况，找出异常和特征处所在。虽然断口的擦伤破坏已经严重，但在从断裂特征可以看出，并不存在在发生断裂前有大塑性变形现象的痕迹，在宏观特性方面，可将其定义成脆性断裂。对件进行取样测试后得知，屈服限度相对较低，但塑性指标与冲击韧性却依然良好，而断裂过程中，韧、塑性并未充足体现，说明疲劳断裂和断裂特征全部相符，无法支持瞬间断裂。通过对断口的观察，可发现其具有明显的疲劳断裂特点，即疲劳贝纹线，而疲劳贝纹线的所在区域就是裂纹主要萌生区。

二、显微组织分析对件的表面与心部进行取样观察和分析，处在轴表面和心部的组织并无本质上的差别，这说明表面上不存在进行过热处理的痕迹。基于此，还对显微硬度进行了检测，同样未能发现明显差异。2.3显微硬度检测对件外表面上的横截面进行取样检测，从检测结果可以看出，件表面、心部和过渡层三部分的显微硬度没有明显差异，不存在进行过热处理的痕迹。2.4微观分析微观分析是指利用不错的仪器对轴上肉眼无法观察的部分进行仔细分析。在实际的分析过程中，为验证件的疲劳特性，对断口实施分截与切割，对处在裂纹区域的部位实施扫描分析，由此可以观察到塑性疲劳条纹，说明该件失效于疲劳断裂。

【3】减速机齿轮轴断裂失效原因与处理通过细致、全部的断口分析，此减速器轴发生的断裂，在方式上主要为疲劳断裂，同时断口上存在若干疲劳裂纹源。除此之外，对该件所用原材料各项性能进行检测，检测结果显示其屈服限度相对较低，并对件的硬度进行检测，未发现此件有进行过热处理的明显痕迹，也未能达到预期的硬度要求，表面强度难以达到规范要求，导致在表面和键槽等处产生确定数量的疲劳裂缝源，缩短其使用寿命，朂终产生疲劳破坏。

【4】需要注意的是，此轴属于典型的齿轮轴，发生断裂后，齿面依然保持完好，未发生变形与断齿，同时也不支持瞬间断裂。其它和这一轴一同参与运转的齿轮轴，均在事故产生之后发生不同程度的弯曲变形，推测产生在轴发生疲劳断裂以后，与之相连的耦合器壳体由于离心力相对大而被直接甩出的过程当中。与此同时，在发生破坏的具体过程中，液力耦合器外壳和轴的断面产生确定擦碰挤压作用，致使断口出现严重的破坏，但被取走的部分，由于在壳轴套中得以保护，所以未发生严重破坏。

【5】结论通过以上分析，可得出下列结论：（1）此减速器轴发生断裂的主要方式属于多源式疲劳断裂，是脆性断裂的一种，通过观察，主裂纹源产生在键槽上的受力面；（2）通过检测，减速器轴主要原材料各类成分含量与夹杂物含量及级别都能达到现行技术规范和标准的具体要求；（3）经检测，此减速器轴表面硬度少有35~38HRC，而内部硬度也只有36~38HRC。对于表面硬度，未能达到生产方提出的需要达到59~62HRC的具体要求，同时也未能检测到在表面采用了硬化层，说明其硬化处理不到位；（4）此减速器轴的所有力学性能当中，仅屈服限度相对较低，此轴键槽根部处于工作状态时，将承担很大的拉应力，且这一拉应力为集中分布形式，若未对其进行及时处理，则将在此处产生疲劳裂纹，导致此减速器轴全部失效。

正确的安装，使用和维护减速机，是确定机械设备正常运行的重要环节。因此，在安装行星减速机时，请需要严格按照下面的安装使用相关事项，认真地装配和使用。

一、安装前确认电机和减速机是否完好无损，并且严格检查电机与减速机相连接的各部位尺寸是否匹配，这里是电机的定位凸台、输入轴与减速机凹槽等尺寸及配合公差。

二、旋下减速机法兰外侧防尘孔上的螺钉，调整PCS系统夹紧环使其侧孔与防尘孔对齐，插入内六角旋紧。之后，取走电机轴键。

三、将电机与减速机自然连接。连接时需要确定减速机输出轴与电机输入轴同心度一致，且二者外侧法兰平行。如同心度不一致，会导致电机轴折断或减速机齿轮磨损。

另外，在安装时，严禁用铁锤等击打，防止轴向力或径向力过大损坏轴承或齿轮。改成要将安装螺栓旋紧之后再旋紧紧力螺栓。安装前，将电机输入轴、定位凸台及减速机连接部位的防锈油用汽油或锌钠水擦拭净。其目的是确定连接的紧密性及运转的灵活性，并且防止不需要的磨损。

在电机与减速机连接前，应先将电机轴键槽与紧力螺栓垂直。为确定受力均匀，先将任意对角位置的安装螺栓旋上，但不要旋紧，再旋上另外两个对角位置的安装螺栓然后逐个旋紧四个安装螺栓。然后，旋紧紧力螺栓。所有紧力螺栓均需用力矩板手按标明的固定扭力矩数据进行固定和检查。

减速机与机械设备间的正确安装类同减速机与驱动电机间的正确安装。关键是要需要确定减速机输出轴与所驱动部分轴同心度一致。