浅析摇瓶机故障及其原理

李兴成

【摘 要】本文主要浅析当前阶段摇瓶机在实际使用过程中所出现的一系列故障以及出现故障的具体原因分析，为更好的提升和改善摇瓶机的使用效率奠定坚实的基础。

【关键词】摇瓶机；故障；原理

一、机械损坏原因分析

（一）电机轴键槽损坏

最常见的机械损坏为键槽磨损、键槽边缘缺失、键与键槽配合被破坏。

键损坏：键磨损损坏、滚键，使传动失效。遇到这种情况需要修理，电机轴与蜗杆轴的联接是采用套桶联轴器的键连接，通过键传递轴扭矩的方式。

摇瓶机驱动的电机轴径为φ20mm，键规格为6×6×30mm，由于载荷大且不平衡、不稳定，使连接键所承受的剪切力和挤压力大，且几乎是在交变载荷下来驱动，键在设计强度上低，随着磨损加大，必然导致键的损坏，发生传动失效。

（二）链条损坏

西库摇瓶机传动链条为双排链条传动的滚子链条，当链条在不稳定载荷很大的情况下进行传动，链条承载较大的作用力，长期过载传动，加之润滑维护不当，磨损加剧，影响了链条的使用寿命。

（三）蜗轮蜗杆轴磨损

蜗轮蜗杆轴磨损严重可导致传动失效，可将蜗轮蜗杆材料材质提高，使其更符合实际工况。

二、联轴器介绍及套筒联轴器

（一）联轴器介绍

联轴器是机械传动中常用的部件。它主要用来联结轴与轴（有时也联接轴与其他回转零件），以传递运动和扭矩。联轴器还应对两轴产生的位移有补偿作用，并具有吸收振动和缓和冲击的能力。

（二）套筒联轴器

套筒联轴器属于刚性联轴器，由套桶、键、紧定螺钉组成。特点是结构简单，径向尺寸小，安装或拆卸时轴需做较大移动，此联轴器适用于载荷不大、工作平稳、两轴线严格对中、径向尺寸小的场合，如图。

（三）键类型和应用

键联接主要用于轴和轴上零件的周向固定并用来传递运动和转矩，还有实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。键联接是一种可拆卸联接，其结构简单、工作可靠，已实现标准化。键材料一般采用45号钢。键联接可分为平键、半圆键、楔键、切向键与花键等类型。

三、轴的功用与类型

（一）轴的功用

轴是支承回转零件并传递运动和转矩的部件，轴是组成机器的重要零部件之一。

（二）轴的类型

1.按受载情况分类

按受载情况不同，轴可分为三种类型：心轴、传动轴和转轴。

心轴：只承受弯矩的轴称为心轴。心轴又分为固定心轴和转动心轴。固定心轴工作时不转动，如自行车前轮轴；转动心轴工作时随转动零件一起转动，如火车轮轴。

传动轴：主要承受转矩而不承受弯矩或承受的弯矩很小的轴称为传动轴。如汽车变速箱与后桥之间的传动轴。

转轴：同时承受弯矩和转矩作用的轴称为转轴。如减速箱中支承齿轮的转轴是机器中最常用转轴。

2.根据轴线的几何形状分类

根据轴线几何形状不同，轴可分为直轴、曲轴和软轴。直轴是机器中最常用的轴，按其外形又分为光轴和阶梯轴。光轴各截面的直径相等，形状简单、易于加工，主要用于传动轴。阶梯轴各轴段截面的直径不同，便于轴上零件的安装拆卸和固定，所以阶梯轴应用最广。曲轴、软轴主要用于专业机械。

摇瓶机主动轴、从动轴均为传动轴。

四、蝸杆传动、特点、失效形式及常用材料

（一）蜗杆传动

1.蜗杆传动的组成

在蜗杆传动中主要由蜗轮蜗杆组成，其中蜗杆形如螺杆，有左旋和右旋、单头和多头之分。一般以蜗杆为主动件，蜗轮为从动件，用以传递空间交错的两轴之间的回转运动和动力。通常两轴交错角为90°。

2.蜗杆传动的传动比

头数为z1（螺旋线的数目）的蜗杆与齿数为z2的蜗轮组成的蜗杆传动，当蜗杆转一周时，蜗轮将转z1个齿，即z1/z2周。所以蜗杆传动比为：

通常蜗杆头数为z1=1～4，蜗轮的齿数取为z2=28～80，因此蜗杆传动的传动比比齿轮传动比大的多。

（二）蜗杆传动的特点

蜗杆传动结构紧凑，能得到很大的单级传动比，在传递动力时，传动比一般为8～10，由于蜗杆上的齿是连续不断的螺旋齿，工作时蜗轮轮齿和蜗杆是逐渐进入啮合并逐渐退出啮合的，同时啮合的齿数较多，所以传动平稳、噪声小、冲击振动小。当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性（即不能以蜗轮为主动件来带动蜗杆）。因蜗轮和蜗杆在啮合处有较大滑动，故在制造精度和传动比相同的条件下，蜗杆传动比齿轮传动的发热量大、传动效率低，传动效率一般为0.7～0.8。为减轻齿面的磨损及提高齿面抗胶合能力，蜗轮制造一般需要用贵重的减摩材料（如青铜），成本较高。

（三）蜗杆失效形式及常用材料

1.蜗杆失效形式

在蜗杆传动中，由于材料及结构等原因，蜗杆轮齿的强度高于蜗轮轮齿的强度，所以在一般情况下，失效常常发生在蜗轮轮齿上。其轮齿的失效形式和齿轮失效类似，有齿面点蚀、胶合、磨损和轮齿折断等。由于蜗杆、蜗轮齿面间的相对滑动速度较大，且发热量大效率低，当润滑条件差及散热不良时，闭式蜗杆传动极易产生胶合现象。在润滑油不清洁的闭式蜗杆传动中，轮齿磨损是其主要失效形式。

2.蜗杆常用材料

由蜗杆传动的失效形式可知，蜗杆、蜗轮的材料不仅要求具有足够的强度，更重要的是应有良好的减摩性、耐磨性和抗胶合能力，为此常用青铜制作蜗轮齿圈与淬火磨削的钢制蜗杆相配。蜗杆一般用碳钢或合金钢制造，要求表面粗糙度较高、硬度较高。蜗轮的常用材料为铸锡青铜、铝青铜、灰铸铁等。

（四）蜗杆与蜗轮的结构

1.蜗杆结构

由于蜗杆的直径较小，通常和轴做成一个整体，如图所示。

螺旋部分常用车削加工，也可用铣削加工。车削加工时需有退刀槽，因此刚性较差。

2.蜗轮结构

蜗轮可做成整体式或组合式。

整体式蜗轮：整体式蜗轮主要用于铸铁蜗轮或直径小于100mm的青铜蜗轮。

组合式蜗轮：为了节约贵重金属，直径较大的蜗轮常采用组合式结构，齿圈由青铜材料制造，而轮芯用铸铁或铸钢制造。

（五）蜗杆传动的润滑安装与维护

1.蜗杆传动的润滑

为了提高蜗杆传动的效率，降低齿面工作温度，避免胶合和减少磨损，对蜗杆传动进行润滑显得十分重要。通常采用黏度较大的润滑油，以防止金属直接接触，有利于形成动压油膜，从而减小磨损、缓和冲击，使传动平稳，提高传动效率和蜗杆传动的寿命。

润滑油黏度与给油方法，一般根据蜗轮、蜗杆的相对滑动速度及载荷类型来选择。

对闭式蜗杆传动采用浸油润滑时，在搅油损失不致过大的情况下，应使油池保持适当的油量，以利蜗杆传动的散热。一般情况下，上置式蜗杆传动的浸油深度约为蜗轮外径的1/3，下置式蜗杆传动的浸油深度约为蜗杆的一个齿高。

由于蜗杆传动的效率低，发热量大，如果不及时散热，将使润滑油温度升高，黏度降低，油膜破坏而引起润滑失效，加剧齿面磨损，甚至引起齿面胶合，因此对闭式蜗杆传动应进行热平衡计算。

2.蜗杆传动的安装与维护

为保证蜗杆传动的正确啮合，安装蜗杆传动时，必须使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线。

蜗轮的轴向安装定位要求较高，装配时必须能对蜗轮进行轴向位置的调整，通常可采用调整轴承盖与轴承座之间的垫片厚度来调节蜗轮的轴向位置及轴承的间隙，也可以改变蜗轮与轴承之间的套桶的长度进行较大距离的调整，这两种方法有时也联用。为保证工作时蜗轮的中间平面不作轴向移动，蜗轮轴的支承不允许游动，必须采用两端固定的支承方式。

由于蜗杆传动发热量大，蜗杆轴的支承跨距大，轴的热伸长大，因此其支承常采用一端固定另一端游动的支承方式。对于支承传动功率小、跨距较短（L≤300mm）的上置式蜗杆，或发热量不大、间断工作的蜗杆传动，因蜗杆轴的热伸长较小，此时也可采用两端固定的支承方式。

为保证蜗杆传动齿面接触良好，装配后应进行跑合。跑合时采用低速运转（通常n1=50～100r/min），逐步加载至额定载荷后跑合1～5小时。如果发现有青铜粘在蜗杆齿面上，应立即停车，用细砂纸打去后再继续跑合。跑合完毕后应清洗全部零件，更换润滑油。

蜗杆传动的维护很重要。由于蜗杆传动的发热量较大，应随时观察周围的通风散热条件是否良好。蜗杆传动工作一段时间后应测试油温，若油温超过允许范围应停机或改善散热条件。應经常检查蜗轮面是否保持完好。

五、链传动的组成与传动比

（一）链传动的组成

链传动由分别装在两平行轴上的主动链轮、从动链轮和绕在链轮上的链条所组成。工作时，主动链轮传动，依靠链条的链节与链轮齿的啮合把运动和动力传递给从动链轮。

（二）链传动的传动比

设主动链轮、从动链轮的齿数分别为z1、z2，转速分别为n1、n2，当主动链轮转一个齿，链条就移动一个链接、从动链轮就被链条带动转一个齿。1分钟内，主动链轮、从动链轮转过的齿数分别为z1·n1、z2·n2，两者必相等，即z1·n1=z2·n2，所以

由此可知，链传动的平均传动比等于两链轮齿数的反比。当主动链轮齿数z1小于从动链轮齿数z2时，i>1，为减速传动；反之为增速传动。

（三）链传动的特点及类型

1.链传动的特点

由于链传动是具有中间绕性件的啮合传动，链条与链轮之间没有相对滑动现象，因此能保证准确的传动比，工作可靠，传动效率高，一般可达0.95～0.97。

在传递相同动力时，链传动的结构比带传动紧凑，过载能力强。

链传动张紧力小，作用在轴上压力小。

链传动对环境的适应性强，可在高温、多尘、潮湿、有污染等恶劣环境中安全可靠地工作。

链传动只能用于两轴平行间的传动，安装时对两链轮轴线的平行度要求较高。

由于链条是按折线绕在链轮上的、所以从动链轮的瞬时转速不均匀，传动的平稳性较差，运转时产生附加动载荷、噪声。

工作时，链条与链轮之间磨损较快，使得链条的节距增大造成跳齿、脱链现象。

链传动不能用于急速反向的传动中。

六、结语

本文主要就摇瓶机的相关故障情况及基本原理进行深入分析和研究，在实际研究过程中我们应当注重此类设备故障，通过深入分析来不断改善和提升摇瓶机的效果。