减速机轴齿失效分析

减速机轴齿失效分析

何倩

弗兰德传动系统有限公司  天津市  300403

摘要：我国经济水平和科技水平的快速发展，减速机轴齿应用越来越普遍，减速机在几乎所有重工业都有着广泛的应用。建材行业大型减速机的维修，特别是生料立磨减速机、辊压机行星减速机、管磨机同轴双分流式中心传动减速机等的维修，技术含量高、维修难度大、检修周期长，如若不慎就会酿成大错。减速机的改善性维修区别于传统的减速机维修，传统减速机维修通常就是对于损坏零件按照原图进行新造换新或者原件按照相关标准进行修复处理，并未结合减速机使用工况，从整体结构配合、设计强度及疲劳寿命、零部件具体细节结构设计及制造工艺等诸多方面去分析减速机损坏的根本原因。改善性维修不仅要更换或修复损坏零部件，而且要去分析减速机损坏的真正原因，并找到克服故障的完善解决方案，只有找到真正原因并对其进行优化改进，才能解决根本问题。

关键词：减速机；故障；改善性维修

引言

减速机轴齿缺陷表面和内部均残余少量异物嵌入，与样品基体成分明显不同，周边组织为贝氏体，凹坑周边无明显脱碳，内侧内沿有一层氧化铁附着，缺陷底部存在大量微裂纹，由浅往深延展至底部翘皮部位。在进行现场加工工艺跟踪时发现，有一款刀具形貌跟用户缺陷位置接近，且刀具成分与缺陷处镶嵌物成分一致，可确定镶嵌物为刀具镶嵌至材料所致，可能为机械加工数控设备刀具行程中出现异常所导致。金属零件在加工时，由于刀具材料、形状、几何角度及切削参数等因素影响，会导致被加工零件产生切削变形等缺陷。依据宏观形貌、高倍组织以及能谱检验结果，并结合减速机轴齿加工工艺跟踪情况，可以有针对性地提出改进措施，关注机加工刀具运行异常情况，关注刀具质量，避免因加工工艺影响质量。

1减速机高速齿轮轴结构方面的原因

通常情况下，减速机高速齿轮轴最容易发生断裂的位置位于轴和轴之间的结构过渡和连接位置。轴与轴连接的位置通常都处于轴径变化的范围，而轴径最小的位置往往都会最先发生断裂。这是由于该位置轴的截面形状变化和轴间处的位置一直处于一种相对垂直的几何位置关系，而这种结构势必会导致轴和轴的连接位置受到不同的应力集中问题的影响。总的来说，造成减速机高速齿轮轴断齿、断轴的根本原因是受到了外力的影响，集中扭转力造成的齿轮轴断裂和断轴只是其中较为常见的一种。除了轴与轴的连接位置外，齿轮轴的键槽位置也是诱发齿轮轴断齿、断轴的重要原因之一。其主要原因在于轴的受力大小和轴的半径尺寸是反比例关系，因此，轴的轴径越小、齿轮轴受到的外部应力也就越大。而齿轮轴键槽根部位置是恰好是轴径最小的部位，因此，在齿轮轴键槽根部位置受到的外部应力较其它部位都要更大。而一旦外部应力超过齿轮轴键槽位置的承载能力，便会出现断裂。另外，轴齿轮键槽位置还需要进行严格的热工艺处理。然而在实际中许多供应商为了降低生产成本，在对部分产品的生产过程中，并没有进行良好的热工艺处理。而一旦没有进行热工艺处理将会导致齿轮轴键槽部位出现应力疲劳，进而导致轴齿轮产生断裂。对于减速机来说，齿轮轴产生断裂无疑会对减速机的正常使用造成影响。

2减速机高速齿轮断轴齿措施

2.1齿轮加工方法

在齿轮加工时，滚齿、插齿、剃齿、磨齿等加工方法最为常见。由于减速机工作时间长、强度大，基于此针对齿轮而言需要其具有较高的机械强度，滚齿加工方法应用较多。近年来，伴随机械技术水平持续提升和更新，相关企业也开始采用高速滚齿技术。该技术便是将微量润滑优化工艺同空气冷却系统与该技术相结合，以替代切削液和冷却液的设置。从而致使切削工作时出现的热量吸收于金属切屑之中，在将齿形加工效率有效提升的基础上也确保刀具使用年限增加。滚齿工艺上，齿轮模数较小时通常会选择粉末冶金整体滚刀亦或是带涂层的高速钢完成加工，在使用刀具之后应该对其进行修磨，同时在此完成涂层。当齿轮模数较大时，由于顾及刀具成本，通常会将其设计成镶刀片滚刀，这种设计方式要求定期检查道具磨损情况。当齿轮模数较大时，需要借助齿轮铣刀完成加工。

2.2构造描述

输出法兰和推力轴承各组成动静工作面，两者在运行过程中因平面摩擦的存在，输出法兰会对推力轴承产生一个运动方向相反的摩擦力。这个摩擦力会增加工作面磨损、运行阻力增加以及产生的摩擦热量等效果。设计时要考虑如何减小这个摩擦力，要从两个思路去考虑。一是提高工作面的表面加工光洁度。鉴于现有的机械加工发展水平，金属机械表面精加工后粗糙度可控制在Ｒa≤0.4μm，这样可以大幅减少表面运动摩擦系数。另外在推力轴承和输出法兰工作面间加入外部强制润滑因素，如保持一定厚度的连续润滑油膜，也是大幅减少两个运动表面的摩擦系数的必要条件，后文有着重阐述。输出法兰和立磨磨盘延中心轴线以一定的回转半径线速度v做运动，推力轴承是保持相对静止的。每个推力轴承块安装固定是相对独立的。为了确保每个轴承面和输出法兰在来自立磨载荷F和振动状态下也有良好的接触并保持油膜润滑的稳定性，需要让单个推力轴承块能和输出法兰保持良好的平面接触。如将轴承块分为上、下两部分设计，其中上部分带可360°自行旋转定位的球体座。采用动压润滑的推力轴承，设计时让上部球体座保持一定的偏心，以形成动压润滑必要的楔形间隙条件来满足必要的油膜厚度要求。根据减速机规格大小，偏心率可控制在5%～9%的范围。

2.3拆卸高速齿轮轴上的联轴器

将高速齿轮轴水平放置在支架或枕木上，旋出联轴器轴端锁帽及退出止退垫圈。安装好拆卸联轴器的支架和液压千斤顶，在加压预紧前应确认左右丝杆长度相等。若联轴器无法拆卸，可使用割枪加热联轴器至100~150℃，再次打压即可拆卸。使用气割先割开轴承外圈，敲掉外圈；再割开保持架，敲掉保持架及其滚子；切割轴承内圈，但不能热伤到轴颈表面，必须保证轴颈表面无伤痕。切割时，可以使用强火焰割去外圈绝大部分厚度，只留下1~2mm左右贴合轴颈的部分，然后用弱火焰割净。拆掉轴承内圈后，将受热后的轴冷却至室温。

2.4避免减速机高速齿轮轴断齿、断轴的对策

通过上述分析，想要避免减速机高速齿轮断齿、断轴应该从以下几个方面着手，首先，是要确定优质的供货商，保证减速机高速齿轮自身的质量；其次，要加强对设备制造过程中的检验检测工作，做好其中的验收程序，保证投入生产的设备具有可靠的性能；再次，若投入使用的减速机运行异常，应对其进行综合性的分析，并探究其在设计上是否存在缺陷，若存在设计缺陷，则应进行及时更正，从而避免减速机高速齿轮断轴、断齿问题发生。

结语

在机械加工制造时，对智能数字化设备进行了普遍应用。对齿轮加工技术如何更好地进行应用，才能在成本减少的前提下还能将产品的精度与质量以及生产的效率进行提升，是齿轮工艺研究的重要方向。分析减速机损坏的根本原因，不仅要更换或修复损坏的零部件，还要剖析减速机损坏的真正原因，找到克服故障的解决方案，提出维修注意事项以及技术保证措施，达到改善性维修的目的。本文经验可为减速机更精准、高效的改善性维修服务工作提供借鉴。

参考文献

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