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∮3.2mx3.1m球磨机齿轮轴损坏分析及解决方案
发布时间：2013-04-29 09:17 来源：未知
1、前言
球磨机齿轮轴是选矿厂的主要机械备件，加工周期长、费用较高。齿轮轴性能的好坏直接影响着球磨机的整体性能，如果频繁出现故障，不仅严重地影响选矿厂的正常生产，而且导致备件费用居高不下。
酒钢选矿厂∮3.2 m×3.1 m球磨机传动采用同步电动机带动齿轮轴转动，齿轮轴与球磨机外表面上的齿圈啮合，带动球磨机工作的传动方式。同步电动机与齿轮轴之间采用弹性联接方式，电机型号TDMK600 - 24/2150、功率600 kW、转速250 r/min。球磨机转速l8r/min。齿轮轴采用38CrMnNi材质，调质处理后硬度HB =240一269，齿面火焰淬火硬度RC =35 ~38。齿轮轴的损坏形式主要有：齿轮轴从轴颈根部断裂、齿轮轴从轮齿中部断裂、轮齿磨损、齿轮轴与轴承配合面磨损。
富通新能源销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机设备。
2、齿轮轴从轴颈根部断裂
2.1 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，宏观塑性变形小，说明脆性严重。
2.2 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。
2.3 轴的理化检验与分析
为了进一步分析轴断裂的原因，还需进行理化分析检验。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 ~2 mm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，并且脆性夹杂杂物超标／级，有疏松组织存在，严重地降低了轴的疲劳强度。
2.4 轴断裂的原因
2.4.1 严重的应力集中
轴颈中200 mm处的轴肩过渡圆角过小(R角为3 mm)，轴在磨损后，进行补焊时，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。
2.4.2 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。
2.4.3 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／标，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。
2.4.4 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、起动及多次重负荷冲击时，轴容易产生裂纹而断裂。
2.5 防止轴断裂的方案
(1)加大过渡圆角，以减小应力集中。过渡圆角由原先的R3 mm增大到R5 mm。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。
(3),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。
(4)推广动静压主轴承技术。应用动静压轴承的球磨机启动前高压油泵运转，当高压油压力达到设定值时，球磨机将在压力油作用下浮起，球磨机中空轴与主轴承被机械油隔开，启动力矩较传统主轴承球磨机启动力矩大大减小。
(5)推广气动离合器技术。启动球磨机时，同步电动机空转而球磨机不动，气动离合器抱闸缓慢将齿轮轴抱住，避免了冲击。
3、齿轮轴从轮齿中部断裂
3.1 受力分析
∮3.2 m×3.1 m球磨机齿轮轴主要受弯矩、扭矩作用。扭矩的危险断面在轴径最细处，齿轮轴却从中部直径最大处断裂，说明齿轮轴在加工过程中存在缺陷。
3.2 防止轴断裂的方案
(1)齿轮轴毛坯加工完毕，进行时效处理，消除内部应力。
(2)齿轮轴加式完毕，进行喷丸处理，增强表面的耐磨性。
4、齿轮轴轮齿磨损
4.1 轮齿磨损原因
齿轮轴的轮齿表面硬度小于大齿圄的轮齿表面硬度，且长期在较恶劣环境下满负荷、重载工作，齿面经常附着矿浆颗粒。因此齿轮轴的耐磨性能较难提高。粘着磨损、颗粒磨损及摩擦磨损是齿轮轴的主要磨损形式。
4.2防止齿轮轴轮齿磨损的方案
(1)改善齿轮轴与大齿圈的啮合条件，采用自动喷雾润滑方式，喷射高黏度润滑油。
(2)改善大齿圈与齿轮轴的密封方式，避免齿轮表面溅人矿浆。
(3)对磨损的齿轮轴进行修复。①常规修复：用手工电弧焊对轮齿表面进行补焊，再上滚齿机对轮齿进行加工。②FCM - KM技术修复：对轮齿表面进行清理、浇铸，由内向外分别形成结合层、过渡层、工作层。结合层主要元素由C、Mn、Cr、B等组成，以珠光体为主，用以改变与原材质的金相结构，增强其结合部位的冲击韧性，达到恢复尺寸和过渡硬化的目的。过度层主要元素由W、Mn、Cr、N等组成，目的是增强各层之间的融合性能，进一步解决金属与金属之间的粘着磨损、摩擦磨损、颗粒磨损，起到既耐磨又减磨的作用。工作层以奥氏体双相耐磨合金为主，主要元素由Co、cr、Ti、W、Mn等组成，保证金属的金相结构有较高的抗高应力磨损性能。使用FGM - KM技术修复过的中3.2 mx3.1 m球磨机齿轮轴实际使用周期与新齿轮轴接近。
5、齿轮轴与轴承配合面磨损
5.1 齿轮轴与轴承配台面磨损原因
球磨机齿轮轴长期使用后，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加剧。一旦轴承“跑内圈”，磨机传动振动剧烈、同步机轴瓦窜动，必须要停车检修。
5.2 防止齿轮轴轮齿磨损的方案
(1)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。应该由过去的m6配合改为p6配合，从而避免轴承“跑内圈”。
(2)轴与轴承内圈配合∮200mm轴颈处磨损量较小时（磨损深度小于0.5 mm），使用乐泰胶进行修补效果较好。首先把轴面清洗干净再用气焊进行吹扫。在轴表面均匀涂抹促进剂7649，再抹上修补剂660．最后安装上轴承。
(3)轴与轴承内圈配合中200 mm轴颈处磨损量较大时(磨损深度大于0.5 mm)只能用电焊或金属喷涂方式进行修补。电焊堆焊轴磨损面易造成齿轮轴使用时突然断裂，不宜采用。使用金属喷涂则可保持齿轮轴的热处理性能稳定、效果较好。
(4)减小球磨机齿轮轴振动量对于延长齿轮轴使用寿命极为有利。
除了上述几方面工作外，酒钢选矿厂在检修时认真调整装配尺寸，使两啮合齿轮中心线平行度偏差量、齿轮副的侧间隙、顶间隙、沿齿宽接触面、沿齿高接触面等装配数据符合检修标准。
