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∮1.8m×7m球磨机小齿轮轴的断裂分析
发布时间：2013-04-25 08:34 来源：未知
球磨机是水泥生产企业的主要生产设备，其轴性能的好坏直接影响着球磨机的整体性能，一旦出现故障，就会严重地影响水泥厂的正常生产。下面对大同市永和某公司的1.8m×7m球磨机小齿轮轴的断裂加以分析。
1、小齿轮轴的断裂分析
该球磨机电机功率为245kW，转速750r/min，经一级齿轮减速器(速比4.5)带动小齿轮轴转动，小齿轮与研磨机外表面上的齿圈啮合，带动研磨机工作。小齿轮轴采用40Cr，并经调质处理，断裂处位于动力输入端轴颈的根部，见图1。
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(1)轴的断口分析。轴的断口呈暗灰色，有裂纹且呈放射状，在其中心部位，断口比较齐整，颜色较亮。由断口形貌可确定断裂源在轴横截面外圆环区内，裂纹起源于焊接过渡圆角处，此处为应力集中源，轴的芯部为高速瞬断区，瞬断区的前部即为疲劳扩展区，在该区明显看到有波纹线，宏观塑性变形很小，说明脆性严重。
(2)轴的力学分析。由断口分析可知，轴为疲劳断裂。通过用安全系数法对轴进行疲劳强度校核，发现其疲劳强度足够，所以造成轴疲劳断裂可能是材质不均或其它原因。
(3)轴的理化检验与分析。为了进一步分析轴断裂的原因，还需进行理化检验。在断口上由轴外圆向里截取金相显微试样，放在显微镜下观察，发现表层至里1.5～2mm是一层枝晶状铁素体夹少量珠光体，它是焊条焊接后未经过适当热处理的原始组织，其冲击韧度值与设计规范值相差甚远，再向里有比较粗大的珠光体和铁素体晶粒，它是由材料过热所致，造成其机械性能下降，特别是冲击韧性下降。按技术条件，该轴进行调质处理，金相组织应为回火索氏体，但结果不符，说明热处理工艺没有达到技术要求，并且脆性夹杂物超级，有疏松组织存在，严重地降低了轴的疲劳强度。
2、轴断裂的原因
(1)严重的应力集中。轴颈∮160m处的轴肩过渡圆角过小(R角为3.5mm)，轴在磨损后，进行补焊修复时，破坏了原有轴肩过渡“R”角的形状，几乎无过渡圆角，呈直角，此处存在严重的应力集中，在弯扭应力作用下产生疲劳裂纹，这是轴断裂的主要原因。
(2)焊接残余应力大。通过对轴断口的金相组织分析可知，轴的焊接部分未进行适当的热处理，焊接残余应力较大，导致轴抗交变应力下降，一旦遇上振动，极易产生裂纹。
(3)材质的缺陷。由轴的理化检验和分析可知，轴的材质有疏松组织，夹杂物超级，堆焊修理后未能进行适当热处理，未能改善组织和补偿缺陷，从而轴的金相组织未能达到调质处理的回火索氏体，使得冲击韧度值过低，轴在交变载荷作用下，裂纹以很快的速度扩展到芯部，最后全部断裂。
(4)轴与轴承配合间隙大。经检测，∮160m轴颈处加工偏差大，使得轴与轴承内圈配合较松，造成轴与轴承内圈相对转动，即跑内圈，并引起轴承内圈在轴上滑动而使轴磨损，这也是导致轴磨损和断裂的另一个主要因素。
(5)负荷过大。齿轮轴工作时，承受较大的弯矩和扭矩，同时还存在附加动负荷，一旦遇到振动、过载、突然起动和制动及多次重负荷冲击时，轴容易产生裂纹而断裂。
3、防止轴断裂的对策
(1)加大过渡圆角，以减小应力集中。过渡圆角由原先的R 3.5mm增大到R5mm。此外，一经发现轴磨损，就马上进行修复，在修复过程中要把好轴过渡圆角的关，使其与设计图纸相符。
(2)轴与轴承选择适当的配合。轴与轴承的配合不能太松也不能太紧，太松会引起轴承内圈在轴上滑动而使配合面磨损，相反过盈量太大，应力集中就会增加，使轴的疲劳强度降低。现在由过去的m6配合改为p6配合，此后从未发现轴承跑内圈。
(3)轴从加工到安装要严格按图纸要求，探伤检查锻造质量，采用正确的调质处理，以保证良好的金相组织。为了提高轴颈的耐磨性，还应对轴颈处进行高频表面淬火和低温回火处理，并严格执行操作规程。
(4)严禁球磨机过载和冲击振动，加强设备的维护和保养，定期检查齿轮和轴承的运行状况，一旦发现轴承跑内圈，应及时进行修复。
经以上措施改进后的齿轮轴现己运行近两年，运行效果良好，未发生断轴事故。实践证实了对齿轮轴断裂原因的分析和采取相应的措施是正确的。
