MLX80—40减速机锥齿轮轴断裂原因分析

韩玉龙 王振海

摘要：从减速机锥齿轮的设计、材料的物理化学性能、工作时受力情况分析了锥齿轮断裂原因。

关键词：疲劳；工作情况；断裂

Abstract：Analysis of fatigue fracture from the design of bevel gea，physical and chemical properties of materials and work stress.

Key words：fatigue；Working condition；breakage

某高速齿轮箱股份有限公司生产的MLX8004减速机，使用近一年时，检修过程中，发现减速机联轴器孔内锥齿轮轴输入端斜形断裂。为确定锥齿轮轴断裂性质及产生原因，受其委托，我单位对其进行了质量鉴定。

1 现场勘查

据现场查验，锥齿轮轴断裂位于输入端键槽处，断面穿过键槽，呈45°角斜面。裂源区已碎裂、掉块，并已挤压变光。

2 锥齿轮轴发生断裂的原因分析

2.1 锥齿轮轴的化学成分、机械性能、硬度试验检测

对发生断裂的锥齿轮轴进行化学成分、纵向室温拉伸试验、室温冲击试验、截面硬度试验，试验检测结果分别见表1、表2、表3。试验检测结果表明：材料化学成份完全符合要求，抗拉強度低于要求，硬度低于最低要求，可以判定该轴机械性能不合格。

2.2 锥齿轮轴的低倍试验分析

对锥齿轮轴进行横向截面低倍热酸浸试验，结果表明，低倍组织符合要求，无裂纹与肉眼可见宏观缺陷。可见一侧键槽根部呈小圆角，一侧键槽根部呈明显大圆角。锥齿轮轴图纸要求键槽根部圆角R=0.5mm。

2.3 锥齿轮轴工作情况分析

锥齿轮轴承受各种类型的载荷，如拉抻、压缩、弯曲、扭转、复合载荷以及振动载荷等，对齿轮轴的生产制造质量均有严格要求。锥齿轮轴生产工序多，周期长，工序中的每个细小环节都影响着产品质量，控制稍有不当，就会产生足以影响质量的缺陷，有些缺陷可直接影响锥齿轮轴的使用寿命。针对锥齿轮轴断裂問题，根据锥齿轮轴的低倍试验、化学成分、机械性能、硬度检测试验结果，综合分析：

（1）锥齿轮轴材料成份符合规定要求。同时力学性能试验结果说明，材料抗拉强度、硬度低于要求，故锥齿轮轴未达设计技术指标要求。

（2）锥齿轮断轴截面低倍试验结果表明，锥齿轮轴键槽两侧根部明显不同，一侧根部呈小圆角，一侧根部有明显大圆角。而图纸要求键槽根部圆角R=0.5mm，明显大圆角侧圆角半径大于0.5mm、应为机加工所为。明显大圆角侧根部与键配合不佳，将直接影响传动效果，并可改变受作用应力方向和方式。

（3）锥齿轮轴断裂位于输入端键槽处。在锥齿轮轴服役过程中，输入端电机通过联轴器、键与锥齿轮轴联接，传递运动和动力。由于键槽一侧根部存在圆角过大，与键配合不佳，而此侧正是受力端。由此将造成传动过程中一个非正常的振动应力和附加的弯曲应力。同时因材料硬度不足、强度不足，在脉动循环应力反复作用下，将萌生疲劳裂纹。如果恰好在工件表面或亚表面存在材料缺陷，将加速疲劳裂纹的产生和发展。疲劳裂纹通常是在局部应力最高以及局部强度最低的一点或几点上产生的。疲劳裂纹一旦成核，其扩展速率和方向便受裂纹顶端的局部应力和材料的组织结构控制。由于作用应力很小，循环频率较高，故裂纹以缓慢的疲劳形式继续扩展，直到断裂。

3 结论

综上所述，锥齿轮轴输入端断裂起源于键槽外表面，为高周旋转弯曲疲劳断裂，也称低应力长寿命疲劳断裂。锥齿轮轴断裂产生的原因主要有两方面：锥齿轮轴组织状态不佳、硬度低、强度不足，直接影响产品性能和使用寿命。锥齿轮轴输入端键槽一侧根部为小圆角，一侧根部为大圆角，与图纸不符。大圆角侧与键配合不佳，造成传动过程中附加弯曲应力和振动应力。

作者简介：

韩玉龙（1987），男，山西忻州人，硕士，助工，主要从事机械产品检验工作。