南京高精齿轮集团有限公司江苏南京210012
摘要：为了让减速机能够更好的为我们的生产服务，在日常维护过程中，要严格的按照相关注意要点去对减速机的各部分进行认真维护和保养，同时也要避免通气孔出现断齿断轴等现象，而且要对容易积累污垢的死角进行认真清洁，这样对延长减速机使用寿命，提高工作效率具有重要的意义。
关键词：减速机；高速齿轮轴；断裂失效
引言：
减速机是一种在工业生产中较为常见的设备，被广泛的应用于煤炭工程、机械工程等多个领域当中，减速机在生产中的应用有效提升了生产力。但是减速机高速齿轮在应用当中经常会发生轴断裂的现象，从而导致生产无法有效进行。为了避免减速机高速齿轮轴断裂现象对以下进行了分析。
1失效原因分析
1.1轴的失效
在附加载荷作用下，轴的挠度和扭转角增大，将引起弯曲应力和扭转应力增加，加快轴的疲劳失效，随着时间的推移，造成轴的弯曲和扭转变形。同时，轴颈和轴承内圈形成边缘接触式运转，接触面积减小，加快轴颈的磨损。
1.2轴承引起的失效
齿轮减速器使用的轴承为滚动轴承，主要失效形式有疲劳点蚀、磨损和塑性变形。疲劳点蚀是滚动体和内外圈接触处受脉动循环应力的作用产生的；磨损是滚动体和内外圈相互摩擦运动、点蚀剥落下来的金属微粒进入摩擦表面、润滑不良等原因造成的；塑性变形是轴承受过载或过大的冲击载荷，使轴承元件永久变形产生的。
1.3断口原因分析
带式输送机使用中，用来输送物料，物料从料斗中掉落在带式输送上，所以带式输送机载荷一直是在变化的，同时带式输送机因工作需要随时停止和启动，存在重载启动现象。经现场人员调查测量，现场其他同批带式输送机安装存在问题，驱动轴安装同心度存在超差。结合试验，该高速轴工作时除受到扭力外，还受到由于安装不同心造成的较大旋转弯曲力，同时存在重载启动现象。致使该轴受到较大的额外应力，在表面过早产生疲劳裂纹源，随着时间的推移，该轴在工作中受到不断变化载荷影响，疲劳裂纹不断扩大，直至最终断裂。
2减速机高速齿轮轴断检测结果的分析和研究
2.1端口宏观相貌的观察结果
减速机高速齿轮轴最容易发生断裂的位置就是轴和轴之间的结构过渡位置和连接位置。在轴和轴连接的位置是轴径发生变化的位置，轴最容易断裂的位置是轴径最小的位置。轴和轴之间的连接位置的圆角由于结构的不同会出现应力集中的为题。这是由于轴的截面的形状的改变和轴间处的位置的相对几何位置关系一直处于一种垂直的状态，这种结构必然会形成应力的响度集中问题。齿轮轴的端口位置的常见的形态就是两种，第一种是具体很高的脆度；第二种是端面的平整度较高。在实际的常见问题中，集中扭转应力引发的齿轮轴的断裂是较为常见的一种。齿轮轴出现断裂的最根本的原因是受到了外力的影响，同时齿轮轴的键槽位置也是一个非常重要的断裂原因。根据试验得出的数据可知，轴的受力和轴的半径的尺寸大小呈现出一种反比例的关系。这也就是说，轴的轴径越小会承受较大的外部应力。齿轮轴的键槽的根部是整个轴的轴径最小的位置，因此这个位置会常常出现外部应力相对集中的现象，承受的拉力过大就导致了齿轮轴的键槽位置发生断裂。齿轮轴的键槽位置一旦没有进行相应的热处理工艺，就会出现由于应力疲劳产生的裂纹，这种情况对于齿轮轴的危害是非常大的，这样会导致齿轮轴的提前失效，大大的减小了齿轮轴的使用寿命，进而影响了整个减速机的使用性能。齿轮轴的断裂位置外部表现为裂纹的位置较为光滑，同时裂纹的延伸位置面积较大，常见的裂纹延伸面积可能达到了整个齿轮轴的2/3。在靠近裂纹的瞬间断裂位置，常常位于轴和轴连接轴径发生变化的位置，这种瞬间断裂的区间，面积不大，同时齿轮轴的表面不光滑。通过这种现象我们可以初步断定，齿轮轴的断裂现象是由于应力疲劳引发的。
2.2对其化学成分的研究和分析
针对齿轮轴的金相的化学成分的分析，我们在试验中使用的测量仪器是直读光谱仪，其型号是ARC-MET8000。通过直读光谱仪的数据研究，我们就会得出相应的金相结果并整理出相应的金相数据表格。根据试验得出，此次断裂的齿轮轴采用的材质不是设计图纸中要求的42CrMo，而是采用的45号钢，这种调质钢的硬度和各种物理性能都没有42CrMo的材质性能好。
2.3金属显微组织的观察
首先要进行金相制样；具体步骤是，在轴的外层表面取点，采用浓度约为4%的硝酸溶液和酒精的混合溶液对其进行腐蚀操作。过了一定的时间之后，在金像显微镜下仔细观察可以发现，他的纤维组织是沿着境界呈现网状分布的铁素体和呈现片状的珠光体，还有为数不多的魏氏组织。42CrMo钢和50钢调质热处理之后的应该出现的金像组织不是回火索氏体和量及其微小的铁素体，但是这个轴的金相组织不是回火的索氏体却呈现出原始的正火态的组织现象。这一现象的出现表明这个轴并没有按照之前的要求进行调制处理过程。对于经过回火过程的索氏体组织，出现的状况应该是由很高的强度，同时应该表现出来良好的韧性。这种性能直接决定了用这种材料所制造出来的轴类零件会有很强的扭转韧性和抗弯强度，这两项性能指标的出现决定其断裂强度的提高。钢的抗拉强度并不会由于魏氏组织的存在而发生显著地变化，但是对于钢的塑性的降低却有着很明显的影响。尤其是抗冲击的韧度，在很大程度上有所降低。经常伴随魏氏组织共同出现的便是体积很大的奥氏体晶粒，对于钢的力学性能也有很大程度的影响。魏氏组织是由于在加热过程中没有进行好对于温度的控制操作，温度过于高所导致的。而网状组织的出现则是因为加热温度过高但是在冷却过程中没有及时的冷却到位，速度过低所引起的。就是说网状组织和魏氏组织有着相同的形成机理便是温度的因素，且为加热温度过高。故而将这两类规定为过热组织。这种组织会在很大程度上对钢的韧性起到破坏性的作用。这也是轴断裂现象出现的一大重要的因素。
2.4硬度的检测
硬度测试所选取的位置也是轴类零件的外表面处。出现的结果是，轴表面硬度的平均值是203HB左右，这距离调制硬度所要求的270-300HB具有一定的差距。这种现象额出现说明了这根轴并没有经过调制的处理过程。
3解决方案
已然问题是由交变载荷的传递导致，解决方案就是缓解交变载荷对设备本体的影响。因刚性联轴器无法抵偿出产过程中传递的交变载荷，所以需求对高速轴联轴器进行从头选型。经过与减速机出产厂家的沟通，决定将电动机与减速机输入轴之间的刚性联轴器改为梅花形弹性联轴器。改为弹性联轴器后电动机与减速机之间的空间需求加大以满足装置联轴器的需求，同时在设备运用现场应有足够的装置空间以习惯这种改善。改善后，拌和过程中发生的交变载荷大多数由搅拌轴与减速机之间的梅花形联轴器抵消，剩余的一小部分由电动机与减速机之间的弹性联轴器抵消，有效地改善了减速机的工作环境。
结束语：
在实际生产中，齿轮减速器传动零件相互引起的失效不是独立出现的，而是多种失效同时存在于工作过程。因此减速器使用过程中，要加强工作人员的责任心，严格落实减速器操作、使用维修等制度，对发现的问题和出现的失效现象按照不同种类认真分析和判断，找出失效产生的主要原因并及时排除和进行维护，这样不仅能延长减速器传动零件的使用寿命，而且也能提高生产效率，保障安全生产，创造经济价值。
参考文献：
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