减速机高速齿轮轴断裂失效系统性分析
图解减速机高速轴断裂的5个原因分析及7个预防措施
图解减速机高速轴断裂的5个原因分析及7个预防措施在生产实践经验得知，硬齿面减速机高速轴很容易发生断裂，如某国外减速机的高速轴经常在两处发生断裂：图1 减速机高速轴断裂实例一处在联轴器同高速轴的配合端面部位：图2 断轴A另一处在轴承同轴的配合端面部位：图3 断轴B1. 减速机高速轴断裂原因图4 断轴A的断口这是高速轴断裂的A断口形貌，从图中可以看到疲劳源位于键槽底部的尖角处。
断口具有疲劳源区、疲劳扩展区和静断区，高速轴是典型的疲劳断裂。
图5 断轴B的断口这是高速轴断裂的B断口形貌,这也是一个疲劳断裂断口，静断区很小，说明轴中的名义应力并不大。
断裂轴的断口特征：•断口是疲劳断口，轴是疲劳断裂。
•轴的断裂部位大部分正好位于联轴器与轴过盈配合的边缘处。
•最早的疲劳裂纹大都发生在平键键槽的尖角处或过渡圆角处。
•轴的断口垂直于轴的轴线，基本上是一种高强度钢弯曲扭转型断口。
正常情况下，减速机高速轴通常仅承受转矩作用。
对以往多次断轴案例进行疲劳强度计算结果表明，疲劳强度安全系数通常可达2以上，高速轴应该是安全的，轴不可能断裂。
经检查轴的材料、热处理质量也都符合技术要求。
但是，高速轴还是经常断裂，可以说是减速机的多发病了！原因一：键槽的应力集中观察很多带键槽的断轴断口，可以看到最早的疲劳裂纹往往发生在平键键槽尖角处，很明显键槽的应力集中和轴的截面面积减小影响了轴的强度。
特别是键槽底部的圆角r（图6）对应力集中的影响很大。
图中所示是某矿用减速机高速轴的键槽，键槽底部的圆角r就很小，加大了键槽的应力集中。
图6 带键槽的断轴断口轴受纯扭转时，键槽和配合边缘处的有效应力集中系数Kτ见图7所示。
当轴的抗拉强度Rm=900MPa时，键槽的有效应力集中系数Kτ=2。
因此键槽对轴的削弱是很大的。
图7 过盈连接的应力集中和接触应力分布原因二：联轴器同轴的过盈配合当轴断裂部位正好是联轴器同轴过盈配合的边缘处，过盈配合对轴的强度影响很大。
减速机齿轮轴断裂分析
１ 引 言
减 速机 的齿轮轴结构是机械设备 中常见 的重 要设备 ， 它本身设计的合理 与否影 响到整个设备 的
安 全 运 行 。某 减 速 机 上 的 齿 轮 轴 ，材 料 牌 号 为
１ ８ Ｃ ｒ Ｎ ｉ Ｍｏ ７ — ６ 。 齿 轮 轴 的 生 产 工 艺 为 ：加 工 一 渗 碳一 淬 火一 磨齿 一 精加 工 。 该齿 轮轴 在 今年 ３月份 安装 、 调试 、 运行 ， １ ０月份 发生 开 裂 。通 过综 合分 析 该 轴断 裂 的基本 原 因 ， 从 而 采取 改善 措施 。
减速机齿轮轴断裂分析
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ６ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ － １ １ ０ Ｘ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ １ ０
减 速 机 齿 轮轴 断裂 分 析
丁 贤模
Байду номын сангаас
（ 西 门子 机械 传 动 （ 天津） 有 限公 司 ， 天津 ， ３ ０ ０ ４ ０ ０ ）
ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ． Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｏ ｒ ｉ ｇ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｓ ｒ ｆ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｎ ｄ ｅ ｎ ｓ ｅ ｄ ａ ｒ ｅ ａ ａ ｔ ｋ ｅ ｙ ｗ ａ ｙ
［ 摘 要】 针对减速机齿 轮轴发生断裂现象 ， 采用化学成分分析 、 断 口分析 、 金相检验和力学性能测试对其 原因进行
了分析。结果表 明， 裂纹起源于键槽棱 边应 力集 中处 ， 向内疲劳扩展至断裂 ； 棱边形状尖锐 ， 弯曲应力集 中较 为严重 ，
减速机高速齿轮轴断裂失效分析 靳璇
减速机高速齿轮轴断裂失效分析靳璇摘要：随着社会科学技术的不断发展，减速机在工业生产当中具有较为广泛的应用，但是减速机在使用过程当中高速齿轮轴经常发生断轴现象，甚至带来一定的安全隐患。
为了解决减速机高速齿轮轴断轴问题，首先从材料、装配工艺以及运行维护四个方面对导致减速机高速齿轮轴断裂的因素进行了分析，最后从选择合适的产品、进一步完善减速机的装配工艺以及加强日常管理与维护三个方面论述了具体的解决对策。
关键词：减速机；高速齿轮轴；断裂失效引言某生产企业所用减速机高速轴突然产生早期断裂现象，通过现场查看可知，电机和减速机间的联轴器已完全脱离，且壳体破碎，其它和这一高速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。
此高速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。
现围绕这一减速机高速轴实际情况，对其断裂失效作如下深入分析。
1减速机轴失效概况某公司生产的矿用带式输送机在运行90天后，其配套使用的减速机高速轴发生断裂，如图1所示。
该减速机齿轮轴发生断裂属于早期失效事故，远低于设计寿命；为了分析事故原因，避免类似事故再次发生，从材料成分、力学性能、硬度、金相组织、断口形貌等多个方面对断裂轴进行了分析，找到了疲劳源，得出了失效原因，这对类似工况的断裂轴类的分析提供了有益的借鉴。
图1断裂的减速机齿轮轴2减速机高速齿轮轴断裂检测2.1基础资料收集基础资料的收集是进行减速机高速齿轮轴断裂检测工作的重要基础，对后续检测工作的正常开展，以及得到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。
此次研究的主要对象为3C710NE型减速机，其速比、输入功率和输入转速分别为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。
2.2主要成分检测对于该减速机，其高速齿轮轴材料为17CrNiMo6，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%。
减速机齿轮断裂原因分析
减速机齿轮断裂原因分析摘要：在当前的社会发展过程中，减速机有着极其重要的现实作用，相应的减速机是整体机械设备中极其重要的传动系统，其自身系统在构建过程中所存在的稳定性对于整体系统设备而言有着极其重要的影响。
齿轮是整个减速机的关键性部件，受到较为恶劣工况因素的影响，会使其产生各类失效的现实问题，并且造成较为严重的设备停机，使生产效率受到较为突出的现实影响。
需要充分的对减速机齿轮失效所存在的现实问题以及相应的故障机理进行综合性的分析，并且对减速机齿轮所存在的典型故障特征进行综合性的探究，对日常的维护措施进行有效的分析。
关键词：减速机齿轮；故障探究；故障维护引言在当前社会的发展过程中，虽然借助智能化的发展故障特征可以被轻易指明，但也往往会对整体企业产生较为突出的现实损失。
如作为连续工作的中国电力行业而言相应的齿轮如若出现故障，将致使其整体减速机产生故障，并致使整体机械予以停机，这将会在社会范围内产生较为突出的现实损失。
通常情况而言，相应的齿轮在运行一段时间内便会产生一定程度的现实故障，并且相应的故障具有着高度多样化的特征，其自身存在着断齿、表面磨损等诸多现实问题，由此对整体齿轮故障进行有效的探究。
对于综合设备的维护而言，有着极其重要的现实意义，并且对其自身的故障模式进行有效的分析，对其施教原理进行综合性的探究，能够使整体齿轮在事后维修过程中所存在的被动化特征逐步转变为事前预防的主动化特征，使检测成本能够得到大幅度的降低，使整体减速机故障所存在的发生几率能够得到大幅度的下降。
1.减速机齿轮概述齿轮是常规减速器中最重要的零部件之一，在减速其中主要发挥两个作用：减速的同时提高输出扭矩以及减速的同时降低转动惯量。
齿轮的具体技术要求如下：首先，为了确保齿轮的硬度达到规定的需求，需要对齿轮的齿面和调质面进行预热处理，有利于极大地改善齿轮的性能，充分发挥齿轮材料的价值，保障常规减速器工作的稳定性；其次，要对齿轮进行的磨削，磨削面主要是齿轮的两个侧面，尽可能地消除侧面存在的毛刺和凹凸，尽可能减小齿轮侧面和其他零部件接合时的缝隙，提高常规减速器的工作性能；最后，完成上述两步后，为了确保齿轮满足质量要求，还需要对齿轮进行探伤处理，发现齿轮中可能存在的裂纹、缝隙等，最大限度避免任何可能出现的性能问题。
减速机高速轴断裂分析
一、不同心出现的断轴问题
有的用户在设备运行一段时间后，驱动电机的输出轴断了。为什么驱动电机的输出轴会扭断？当我们仔细观查驱动电机折断的输出轴横断面，会发现横断面的外圈较明亮，而越向轴心处断面颜色越暗，最后到轴心处是折断的痕迹(点状痕)。这一现象大多是驱动电机与减速机装配时两者的不同心所致。
这个问题可定要进行解体分析后才能给出一个比较准确的答案。不过从你说的情况来看，有可能是齿轮箱选型不合理，输入轴轴颈偏细，需要对齿轮箱进行改型。
般来说联轴器中心应该是没问题的，是否有带负载起动，这是很伤高速轴的
原因：1、材质；2、热处理；3、频繁带负荷启动；4、双驱动是否有不同步的可能；
1检测结果与分析1.1断口宏观形貌观察减速机高速轴断裂部位在轴肩与轴过渡处,此位置直径发生突变,且为轴的最小直径部位。由于截面形状变化,轴肩与轴相交处垂直,没有结构圆角,不可避免地存在应力集中[1]。断口宏观形貌见图1,断口平整且具有脆性特征,属于典型的扭转应力所致断口。裂纹起源于轴键槽的受力侧。轴键槽根部半径较小,该处存在应力集中,承受较大的拉应力,若未进行强化处理,极易萌生疲劳裂纹并引起轴的早期失效[2]。裂纹扩展区平坦,较光滑,面积较大,占整个断口区的2/3。瞬断区位于轴的一侧,靠近边缘部位,面积较小,形貌较粗糙。据此判断为低周疲劳断裂
第三步：手持驱动电机，使其轴上之键槽与减速机输入端孔抱紧螺钉垂直，将驱动电机轴插入减速机输入端孔。插入时必须保证两者同心度一致和二侧法兰平行。如同心度不一致或二侧法兰不平行必须查明原因。另外，在安装时，严禁用锤击，即可以防止锤击的轴向力或径向力过大损坏两者轴承，又可以通过装配手感来判断两者配合是否合适。判断两者配合同心度和法兰平行的方法为：两者相互插入后，两者法兰基本贴紧，缝隙一致。
减速机齿轮断裂原因分析
故障维修减速机齿轮断裂原因分析范明孝（本钢招标有限公司，辽宁 本溪 117000）摘 要：近年来，经济快速发展，科学技术不断进步，针对减速机齿轮发生断裂现象，采用化学成分分析、断口分析、金相检验和力学性能测试对其原因进行了分析。
结果表明，裂纹起源于键槽棱边应力集中处，向内疲劳扩展至断裂；棱边形状尖锐，弯曲应力集中较为严重，齿轮轴旋转时出现一定的弯矩载荷，棱边即能萌生裂纹源，引发疲劳断裂。
分析结果为避免同类轴再次发生断裂提供了参考。
关键词：减速机；齿轮断裂；原因引言在机械设备运转的过程中，齿轮往往起着不可替代的重要作用，齿轮一旦失效会造成重大设备事故与人员伤害。
齿轮失效最常见的一种形式是轮齿折断，齿轮的齿部发生断裂是整个机械工程领域中最为严重的一种，主要包括随机折断、过载折断和疲劳折断，为了避免发生轮齿折断就要求轮齿有一定的强度，而齿轮强度与热处理工艺、制造工艺和微观组织等密切相关，齿轮常用的热处理工艺是渗碳淬火，热处理工艺不当会造成硬化层深度不合格和表面硬度不符合要求等，从而导致齿轮断裂失效。
某钢厂在使用减速机的过程中某一齿轮突然发生失效，且轮齿多处发生断裂。
为了排除使用不当所造成的断裂，找到齿轮失效的真正原因，有必要进行检验分析，从而提高设备运转效率。
1.减速机齿轮理化检验结合上述工况概述，对该设备出现减速机齿轮轴损坏后的轴部理化性质进行检验，相关内容表述如下。
①宏观检验，宏观上来看，减速机齿轮轴没有受到明显的外部损伤影响，其中主轴上不存在外伤且形状完好，轴上的齿轮出现明显的裂痕。
对细节进行观察后发现，断裂的齿轮轮面有较大的拓展放射区域，其中出现裂痕的区域与拓展的方向基本一致，在端口处进行分析，发现明显的直接拓展断裂的痕迹。
在未发生断裂的齿轮上可以看到挤压类型的损伤，其挤压破碎的形貌比较一致，可以表明该齿轮在工作过程中持续受到较大的外力影响与作用，最终导致出现了损坏。
②微观检验，为了微观分析，首先对齿轮上组织进行取样，随后将其进行简单的样品制作后置于电子显微镜下观察金相结构情况。
减速机高速齿轮轴断裂失效分析
减速机高速齿轮轴断裂失效分析摘要：本文通过分析减速机高速轴位置的断口的宏观上的特性，及表面的金相组织，化学成分以及硬度等方面的物理性质加以观察和分析，同时进行相关的测试。
由实验所得数据结果显示出，减速机的高速轴并未按照图纸上的要求选用42crmo钢；在使用之前也没有按照所规定的进行调制处理。
由于键槽并未按照规定的位置设计以及原材料组织上的缺陷导致其发生早期断裂现象而导致最终失效。
关键词：高速轴；魏氏体组织；；断裂；失效中图分类号：tg115 文献标识码：a 文章编号：1674-7712 （2013）02-0151-01在某工厂二辊压机构中的减速机高速轴上线运行13天后出现了断裂的现象。
在之前给出的图纸样例中提到了，这个轴的制造图纸上对于原材料的要求是42crmo锻钢，硬度为270～300hb，调质热处理。
同时还要对端口位置的宏观上的形态，金相组织，物理性质如硬度以及化学成分等进行相应的观察和测试，进而为今后这类轴零件的生产量的提升，以及在具体应用时候的使用提供有效的理论参考。
进而防止断裂一类的事件发生。
一、对于检测结果的分析和研究（一）端口宏观相貌的观察结果。
轴同轴间的过渡和链接的位置是减速机高速轴发生断裂的最主要的地方。
此处直径大小发生突变，最为关键的是这是轴的直径最小的地方。
结构圆角的常见现象由于截面形状的变化以及轴间和轴的相交位置的几何关系处于垂直的状态而导致必将会出现的应力集中现象。
端口经常见到的形貌特点便是具有很高的脆性以及较为平整，例如一种极为常见的是扭转应力所导致的断裂口。
只有受力的地方才是裂纹出现的根源，及轴键槽的受力的一面。
应力的大小和半径的大小呈现反比的关系，也就是说半径较小的地方应力则很大。
半径最小的便是轴键槽的根部位置，在此处经常出现应力集中地现象从而承受很大的拉应力；如果不进行强化处理就会提高出现裂纹（这种裂纹是由于疲劳产生的），对于轴类具有很强的破坏性，出现提前失效，很大程度上减少了其寿命。
煤磨主减速机高速轴断裂的分析和处理
煤磨主减速机高速轴断裂的分析和处理摘要：我国经济水平和我国煤矿行业的快速发展，煤矿产业中常见的皮带运输机在实际使用时会发生故障，如减速机输入轴断裂，这种故障是煤矿用皮带机故障中最常见也是最严重的故障，对煤矿开采人员的生命安全有严重影响。
在煤矿作业时，导致减速机断轴的因素较多，为此，需结合煤矿设施情况与皮带机的应用实践，进行断轴原因的分析，并采取改进措施，降低减速机断轴问题的发生几率。
关键词：减速机；高速轴；断裂；过盈对接引言减速机是一种由封闭在刚性壳体内的蜗杆传动、齿轮传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件。
减速机是一种相对精密的机械，常作为原动件与工作机之间的减速传动装置。
一般说来，减速机在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，使用它可以降低转速，增加转矩。
按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同进轴式减速机；按照传动级数不同可分为单级和多级减速机；按照齿厂轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥－圆柱齿引轮减速机。
1减速机概述减速机是煤矿生产中最重要的设备，从某种程度上来说，减速机的运行状况直接影响着煤矿生产的稳定性与安全性，如果减速机运行中出现各种故障或者其他问题，将直接影响着煤矿生产的运行状况，进而威胁着人们的生命财产安全。
具体来说，减速机指的是一种以多种形式的将能源转化成电能的机械设备，在当前社会中，减速机被广泛应用到各个行业中，比如农业生产建设、国防、科技以及日常生活中。
减速机的内部结构十分复杂，主要是由原动机、压缩机机以及其他动力机械驱动组成的，其工作原理主要是根据电磁力和电力感应定理，借助对空气施加压力来提升气体的运行速度，并且通过导电材料和电磁感应进行电路和磁路的相互交换，以此达到能源转换，满足不同领域的需求。
伴随着空气动力学研究的不断深化以及科学技术的不断发展，减速机的应用范围进一步扩大，减速机能够将气体沿着一定方向流向叶轮的压缩机当中，总之，减速机是一种转换能量与压力的一种机械设备，因此，探究减速机的断齿原因以及检修管理具有现实意义。
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减速机高速齿轮轴断裂失效系统性分析
作者：董瑞
来源：《科学与信息化》2017年第22期
摘要本文主要是对减速机的高速齿轮轴承断裂失效问题进行分析，以某工厂为例子，对高速齿轮断裂口取样实验分析，找出其中的原因，以便在后期的施工中采取防止措施。
关键词减速机；高速齿轮；断裂失效
1 减速机高速齿轮轴断裂失效检测实验分析
以某工厂机构中高速齿轮轴为例子，该品牌高速齿轮轴运行15天之后就出现断裂情况，齿轮轴的建设材料为锻钢（42CrMo），工艺采取热处理手段，将锻钢的硬度控制在270～300的范围内，对断裂部位的形式、组织、化学成分、硬度等进行测试[1-2]。
1.1 观察断口外形
减速机的高速齿轮轴断裂的部位在轴肩和轴过度的位置，主要是因为在这个部位的直径发现变形，变为整个齿轮轴结构中的最小直径位置，加上截面的形状发生变化，轴肩和轴之间处于垂直，且没有圆角，导致应力集中（如下图1所示），断口比较平整，但是比较容易脆化，均是由扭转应力导致断口出现。
裂纹主要出现在轴槽内侧，原因是因为轴槽底部的半径比较小，导致应力集中在底部，如果不采取有效的处理措施，就会导致轴出现疲劳裂纹，随着长时间的运作，裂纹扩展区比较平坦，占据的面积也比较大，占据整个断口区的3/2，瞬断区位于齿轮轴比较边缘的位置，且整体的面积比较小，样式也比较粗糙。
1.2 检测化学成分
对轴材料化学成分的分析采用的是型号为ARC—MET8000直读光谱仪器，为了便于对比，笔者将是实验数据制作成表格，具体如下。
1.3 显微镜观察
在齿轮轴的表面取样。
使用金相显微镜制作，采取4%的硝酸酒精腐蚀齿轮轴，能够观察到在显微镜下面，齿轮轴的组织中的片状珠光体，晶网状的分布中还有铁元素，以及少量的魏氏组织（如上图2所示）。
钢材（42CrMo、50）要进行调质处理，在金相显微镜下采取的是回火索氏体加上铁元素，从显微镜下能够看出该齿轮轴的组织并不是回火索氏体，是正火组织，组织呈现出不良状态，说明此齿轮轴在制作的时候并没有严格按照施工程序进行施工。
回火索氏组织要同时具备强度、韧性两方面要求，在制作齿轮轴的时候要确保齿轮轴具备较强的抗弯度、较好的韧性，近而就能够确保齿轮轴具有较强的断裂强度。
魏氏组织不会影响钢的抗拉强度，但是会影响钢的塑性，使得钢的韧度降低，在实际中，魏氏组织会伴随着晶粒出现，会导致钢的力学性能受到影响。
网状铁元素也会导致钢的力学性能受到影响，不同的是魏氏组织是因为加热的时候温度过高造成的，网状组织是由于在加热的时候温度过高，冷却的时候耗费的时间较长导致的，因此，魏氏组织和网状组织均属于过热组织。
通过以上分析能够知道，钢的韧性下降，是由于过热组织引起的，这也是齿轮轴在运行使用的过程中出现断裂情况的主要原因。
因此，为了使得齿轮轴在后期中不出现故障，就要在制作的时候注意加热的温度以及后期的冷却的速度。
1.4 测试硬度
通过对齿轮轴外表硬度进行测试，得出最终的硬度测试数据平均值为203HB（布氏硬度），低于制作规定的要求（270～300单位：HB），从数据中能够看出测试的齿轮轴制作的时候没有经过调质处理。
通过上述的分析，笔者以实际运用中遇到的一些问题，提出以下几点改进措施，在制作上加强监督、避免在今后的生产和使用的过程中再出现类似的故障，影响减速机的正常运行，具体措施如下：
在齿轮轴成产制造的过程中必须要严格按照设计的图纸进行施工制作，选用材料的时候要结合实际的使用情况，选择合适的材料进行热处理；
若是原材料中存在晶体粗大、组织缺陷的材料，在制作的时候热处理要采取正火处理手段，将晶体细化，以此消除材料中的各类组织；
结合实际的情况要对制造设计图纸进行适当的调整，促使断槽的位置避开断截面的位置，避免应力集中影响齿轮轴的使用质量。
2 结束语
综上所述，通过分析减速机高速齿轮轴的断裂问题的分析，要结合实际的情况选用合适的材料，并根据材料的类型选择适当的热处理工艺，确保齿轮轴的使用质量。
参考文献
[1] 王长健.高速齿轮轴断齿原因分析[J].表面技术，2016，45（6）： 192-197.
[2] 魏志刚，宋艳会，张友冬，等.冷却塔风机减速机伞齿轮断裂失效分析[J].化工时刊，2016，30（9）：1-3.。