减速机轴断裂分析
浅述减速机高速齿轮轴断裂失效及处理
浅述减速机高速齿轮轴断裂失效及处理摘要：减速机是现代企业生产过程中用途比较大的一种机械设备，如果发生故障付给企业生产带来严重损失。
某企业在生产过程中减速机高速齿轮轴出现了断裂现象，针对这一问题相关技术人员进行了专业的检测与分析后，确定了故障原因，进而制定了相应的解决处理措施，恢复了减速机的性能。
关键词：减速机；高速齿轮；断裂；检测；故障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，电机和减速机间的耦合器均已完全脱离，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对高速齿轮轴断裂情况进行检测1.1减速机高速齿轮的基础资料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1：2.034、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[1]。
1.2对齿轮成分的检测对于该减速机，其高速齿轮轴以17CrNiMo6钢为主要原材料，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%。
通过对相关资料的查证可知，该原材料为德国牌号，成分方面的技术要求为：碳含量在0.15~0.19%范围内、锰含量在0.40~0.60%范围内、硅含量在0.15~0.40%范围内、磷含量不得小于0.025%、硫含量不得小于0.025%、铬含量在1.50~1.80%范围内、镍含量在1.40~1.70%范围内、钼含量在0.25~0.35%范围内。
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。
减速机输入轴断裂失效分析
减速机输入轴断裂失效分析摘要：为了查明某化工生产装置的减速机断轴原因，利用扫描电镜和金相显微镜，对失效试件进行了检测分析。
结果表明，减速机输入轴断裂失效性质为机械疲劳，轴金相组织带状偏析和表面未经过渗碳强化处理以及装配因素导致疲劳交变应力是导致轴断裂的主要因素。
采取了相应措施消除了安全隐患。
关键词：减速机；轴；断裂；失效分析皮带送料装置在热电厂的煤粉投送中应用广泛[1-3]。
2018年9月，某石化公司热电厂燃料车间，一台煤粉输送皮带装置的减速机发生了输入轴断裂。
减速机型号为B3SH10A31.5，德国西门子公司进口，输入轴转速1490rpm，输入轴通过液力耦合联轴器与驱动电机相连。
输入轴材质为18CrNiMo7-6（德国标准EN 10084-2008），中国牌号相当于17Cr2Ni2Mo合金钢[4]。
该减速机2018年8月安装，9月5日发生断裂，累计运行只有100小时左右。
为了查明减速机输入轴断裂的原因，针对断轴进行了各种检测和失效分析，以便采取相应的技术措施，消除类似的安全隐患。
1、断轴宏观检查分析图1 断轴的侧面形貌图2 断轴的断口形貌由图1可以看出，输入轴断裂的轴向位置在键槽的端部而非键的端部（二者间距约为3cm）。
断轴的键槽部位形貌显示键槽与键配合处基本完好，键槽的两侧无变形和损伤现象，说明键连接无受力过大的情况，即轴传递扭矩时无过载。
按照轴的受力状态分析，扭矩载荷作用在轴上的薄弱部位在键的端部，而弯矩载荷作用在轴上的薄弱部位在键槽的端部。
由此可以初步判断，扭矩不是造成轴断裂的唯一载荷因素，还有附加弯矩作用。
并且，在减速机运行时，无冲击情况下扭矩变化较小，不足以构成疲劳交变应力，而由于轴连接装配不当产生的附加弯矩在轴每转一圈就变化一次，具有明显的疲劳交变应力特征[5，6]。
由图2可以看出，轴的断口与轴线垂直，断口表面比较平整，基本无塑性变形，没有大面积撕裂痕迹，由此排除瞬间过载断裂的可能性。
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。
断轴关键在分析原因
断轴关键在分析原因减速机高速轴断裂是一种经常会出现的严重事故，导致的原因也有多种，或者是由几种因素共同导致的结果。
常见的原因有如下几种：1.耦合器选型偏大，减速机选型偏小，使得减速机高速轴承担的径向荷载较大；2.耦合器平衡有问题，在高速旋转时给减速机和电机轴施加了较大的交变附加荷载；3.减速机高速轴轴材质、热处理的问题－存在内应力或裂纹；4.驱动单元组装或运输过程中甚至是驱动装置底座基础不平焊接后使底座变形导致电机轴和减速机轴的同心度超差；5.设备使用过程中的野蛮操作和维护不到位也可能造成设备的损坏......因此,仅从减速机高速轴断裂的表面现象还不能准确的判断原因所在,需根据实际情况进行分析:1.根据胶带机的参数校核部件的选型:胶带机轴功率、电机功率、电机转速－看耦合器规格、减速机额定功率和使用系数等参数，检验部件选型是否正确；2.了解胶带机工作过程中的噪音、震动、设备温升等情况，看是否存在耦合器平衡问题、电机轴和减速机轴不同心等问题；3.可以从中控室调取该胶带机的电流记录，反算胶带机的实际消耗功率，看是否存在严重超载或其它原因导致的减速机服务系数不够的情况；4.查看安装调试记录或安装指导书，看该耦合器内所加液体量是否过多，导致启动曲线过硬同时增加了减速机轴的径向荷载。
关于驱动单元的一点建议：1.设备部件规格并非越大越有利，尤其是耦合器的规格常参考电机功率，目前好多设计院在计算胶带机功率时的系数选择很保守，导致耦合器规格偏大；2.目前SEW、FLENDER公司的竞争也非常激烈，所以在设备选型时的服务系数裕度不大，尤其是电厂胶带机的工作条件相对较好的情况下，其服务系数更小，导致高速轴很细；3.耦合器作为传递扭矩的联轴器，其重心靠近减速机侧，这对难以承受径向力的减速机高速轴不利（部分厂家采取将耦合器反装的方法来改善该矛盾，但会破坏耦合器的功率传递曲线，使耦合器充油量与传递功率偏离说明书给出的曲线）；4.胶带机安装调试说明书和运行维护手册中应强调指出：严格控制每条胶带机耦合器的充油量，并根据功率曲线给出具体数值，保证胶带机启动曲线的平滑同时控制轴端的径向荷载；5.电机轴可承受径向荷载，减速机高速轴一般不承担径向荷载，所以电机轴的直径要比减速机轴颈粗，再加上进口材料的性能较好，使得减速机高速轴的直径更细，因此在与减速机厂家签订技术协议时一定要明确：耦合器的重量由减速机和电机共同承担，以避免断轴事故发生时减速机厂家推诿责任（实际上减速机不承担耦合器重量是无法实现的，目前耦合器的正确安装方发就是将重型靠近减速机侧）；6.减速机的具体选型型规格建议由减速机厂家来确定，胶带机厂家要提供正确的轴功率、电机功率、速比等选型所必须的参数，以引起减速机厂家在选型时的重视程度－避免因竞争激烈，人为降低设备规格的情况发生；7.在设备安装调试结束后，转交业主和培训的过程中一定明确设备的正常使用要求，严禁超载并进行正常的维护和巡检，从使用和维护的角度避免断轴等恶性事故的发生－设备是否正常只有使用者才最清楚！这个问题已经讨论了一年多了，大家还在关心和热议。
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。
起重机减速机齿轮轴断裂原因分析及改进措施探讨
起重机减速机齿轮轴断裂原因分析及改进措施探讨摘要：起重机在钢铁等冶炼行业中有着十分重要的应用，而减速机作为起重机中非常关键的设备，对整个起重机的使用性能有直接的影响。
起重机的主起升减速机在实际使用的过程中，会出现减速机齿轮轴断裂的情况，从而导致起重机的主钩会出现溜钩的事故，严重威胁现场作业安全。
针对这种情况，本文对起重机减速机齿轮轴的材质、力学性能以及制造安装精度等多个方面多齿轮轴断裂的原因进行分析，明确具体原因，在此基础上提出改进措施，避免起重机减速机齿轮轴出现断裂的情况，从而保证作业现场的安全。
关键词：起重机减速机；齿轮轴断裂；原因；改进措施0引言在起重机中，减速机是传递扭矩非常重要的部件，其各级齿轮轴在实际工作的过程中，会受到起重机制动时产生的冲击载荷作用以及正常运行时的扭转力作用。
在这两种力的作用下，会对减速机运行的性能产生影响，而为了保证起重机能够安全稳定的运行，必须确保各个零部件的可靠性。
本文以某型起重机为例，其主升减速机在运行过程中出现高速齿轮轴断裂的情况，导致起重机的主钩出现溜钩事故。
该型起重机的额定载重为90t，跨距为22m，主减速机齿轮传动比为50，输入轴的最小直径为70mm，齿轮轴使用的材料为42CrMo。
为了避免起重机在后续使用的过程中出现重大的安全事故，本文以此为分析案例，对起重机中减速机高速齿轮轴断裂的原因从多个角度进行分析，明确具体的原因，制定相应的改进措施，从而保证起重机的使用安全。
1断裂情况减速机齿轮轴断裂的具体情况如图1所示，根据实际情况，发现断裂的位置是在轴径70mm与轴径85mm之间的台阶处，通过观察发现齿轮轴此处的台阶没有明显的圆角，并且加工质量较为粗糙。
在高速轴油封的位置发现多条因摩擦而产生的光带。
整个端面呈暗灰色并且垂直于主轴线。
在断面的起始区域存在较多的小台阶，台阶处没有较为明显的圆角，在接近表面的部位存在摩擦挤压过的痕迹，并且有多个裂源，导致出现多源疲劳特征。
煤磨主减速机高速轴断裂的分析和处理
1 断裂原因分析从齿轴断面痕迹来看（见图1），大部分是早期裂纹，高速轴已至疲劳状态。
该齿轴在运行过程中长期承受较大的径向力，导致齿轴断面位置在旋转过程中承受交变载荷较大，造成断裂。
查该高速齿轮轴材质为20CrMnMo，抗拉强度1 180 MPa，下屈服点885 MPa，冲击吸收功（Aku2）≥55 J。
而咨询国内大型减速机生产厂家，高速轴均选用17CrNiMo6材质，其综合机械性能优于前者很多，优点主要表现在韧性和硬度两方面。
因此可以推测齿轴的材料性能不足也是断裂的一个因素。
图1 齿轴断面痕迹2 焊接性能及焊缝强度分析2.1 焊接性能分析该齿轴的材质20CrMnMo，是一种高强度的高级渗碳钢，塑性及韧性稍低，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度、抗弯强度、耐磨性能。
化学成分见表1，力学性能见表2。
表1 20CrMnMo化学成分%表2 20CrMnMo力学性能对20CrMnMo的焊接性进行分析，其碳当量及冷裂纹敏感性：说明20CrMnMo钢的淬硬倾向较大，易产生冷裂纹。
热裂纹敏感性：说明20CrMnMo钢焊接时产生热裂纹倾向较大。
通过以上计算分析，可知20CrMnMo钢焊接性能比较差，容易产生冷裂纹、热裂纹等缺陷，需要焊前预热，焊后退火处理。
该减速机输入功率560 kW，高速轴扭矩较大，为防止焊接缺陷造成二次损伤，保证焊接质量和使用寿命，采用局部中频加热（温度控制在600 ℃）退火，消除焊后裂纹及内应力，提高机械性能。
2.2 焊材及焊接方法选用新轴采用45#钢，将其和齿轴（20CrMnMo）的焊接性能进行评价分析。
为保证焊接强度，提高热影响区和焊缝的韧性，防止冷裂纹、热裂纹、再热裂纹的产生，选用J507低氢钠型碱性药皮焊条，其具有优良的塑性、韧性及抗裂性能。
采用手工直流反接，全位置焊的焊接方法。
2.3 焊缝扭矩及剪切应力分析设备主要参数：电机功率560 kW，输入转速990 r/min，输出转速34 r/min，速比29.12。
减速机轴断裂分析
湿磨机减速机输出轴断裂分析
1、化学分析
Si含量为0.17~0.37%,Mn含量0.50~0.80%,Cr含量≤0.25%,Ni含量≤0.30%， Cu含量≤0.25%。
符合45号钢
2、洛氏硬度
断裂轴面硬度250～260HB，心部硬度220～230HB。
符合调质处理后的硬度。
3、宏观断口分析
宏观断口如图一所示：
1-断口裂纹源区，2-裂纹扩展区，3-瞬间断裂区。
断口表面属典型的疲劳断裂。
断口由疲劳裂源区、裂纹扩展区和瞬间断裂区三个区域组成。
仔细观察断口裂纹区，其表面较为平坦。
裂纹扩展区刚开始贝纹线比较扁平且密，随着裂纹扩展后来表面越来越粗糙，表明1至2区域逐渐裂开时间比较长，减速机输出轴主要受旋转弯曲应力，裂纹沿主应力垂直方向逐渐发展。
断口最终在受大力情况下形成两个主要瞬断区，该区约占整个断口面积的1/3，说明轴断裂截面相对受力较大，为裂纹扩展到轴残存截面不足以抵抗旋转弯曲应力和扭力时，输出轴就会在某一次加载下突然断裂。
12月23日，发现减速机电机电流异常，几分钟后电流为零也证明了这一点。
4、结论
湿磨机房减速机输出轴断裂是由于轴表面产生微裂纹，伴随着时间的推移，输出轴主要旋转弯曲应力的影响，裂纹沿主应力垂直方向逐渐发展，当裂纹扩大到使轴残存截面不足以抵抗旋转弯曲应力时，输出轴就在某一次加载下突然断裂。
裂纹源可能是铸造缺陷，也可能是轴制造中操作不当造成的，具体原因还需进一步分析。
桥式起重机减速器断轴故障分析
桥式起重机减速器断轴故障分析摘要：针对减速器频繁出现的事故，从操作的几种动作入手，进行受力分析，查找断轴原因。
关键词：减速器断轴受力某厂50/10吨桥式起重机大车在使用中频繁出现起动、制动、定位操作，减速器故障严重，在使用中对减速器故障进行统计表明：输出轴断占76.2%、机壳裂占20.5%、其它占4.3%，使用周期最短的尽有10余天。
为分析断轴原因，需对该起重机低速传动进行受力分析。
一、联轴器受力分析该起重机的大车运行机构采用分别驱动（图示一），由于在工作中频繁出现正反运转，特别是实现起动、定位试吊操作过程中，断轴现象时常发生。
因此，仅对起动瞬时、起动过程和定位试吊这些工况的主动轮输入端转矩进行分析。
1、起动瞬时输入端转矩起重机受电动机传递的驱动转矩后运行，当车轮处于开始滚动时的临界状态时，车轮与钢轨接触处除有法向力、静滑动摩擦力外，还有滚动摩擦阻力偶的作用。
起重机的受力见图二所示。
列出平衡方程：FZ－FC＝0 （1）NZ＋NC－G＝0 （2）式中FZ 主动车轮静滑动摩擦力FC 从动车轮静滑动摩擦力NZ 主动车轮法向反力NC 从动车轮法向反力G 起重机满载时总起重量再分别对2车轮中心取转矩，列出平衡方程为FZR＋MZ－Tmin=0 （3）MC－FCR＝0 （4）式中MC 从动车轮滚动动摩擦阻力力偶MZ 主动车轮滚动动摩擦阻力力偶Tmin 临界状态，主动轮输入端最小转矩R 车轮半径，R＝400mm另外由于车轮处于临界状态平衡，故滚动摩擦阻力达到最大值，根据滚动摩擦阻力定律，可列出平衡方程MZ＝ｆＮＺ（5）MC＝ｆＮc （6）式中ｆ滚动摩擦阻力系数综合以上各式，可得Tmin＝ｆG，由〔1〕可查出ｆ＝0.09 cm。
当起重机满载时G＝G0（吊索具自重）＋G1（载荷），G0＝4.95 t，G1＝48t，故可计算求得Tmin＝467.019N·m2、起动过程主动轮输入端转矩起重机起动过程中，取起动时间tq=7.0s应达到最大运行速度v max = 76.84m/min。
减速机零件断裂的原因分析
减速机零件断裂的原因分析最常见的减速机零件断裂是转轴的静扭转断裂。
断口的宏观分析是指直接由人的视觉，或者借助放大镜观察零件断口的特征，根据这些特征，定性地判断零件发生断裂故障的原因，从而为排除故障运行的维修设计提供重要依据。
一、断口宏观分析的作用区分零件的断裂是由于一次加载引起的，还是疲劳引起的。
当加载速度增大时，辐射状区的面积就会扩大。
第二个区域称为辐射状区，是裂纹迅速扩展的部位。
在常温下，断口的三区域比例受零件的材料、加载速度以及形状等因素影响。
当零件材料的脆性比较大时，则辐射状区的面积就比较大。
减速机突发性故障分析减速机突发性故障是指那些发展速度快，带有突变性质的故障。
由断口宏观特征分析零件的断裂原因：断口是指零件断裂后形成的自然表面。
它的特点是发生突然，没有明显的、长期的发展过程及其伴随而生的征兆，难以通过状态监测进行预报，无法用一定的规律描述或反映故障的发展过程。
（1）在转轴的外表面处同时产生多少疲劳源。
当零件的外周有缺口存在时，破坏则从外周开始，断口的外周产生纤维状区，并向内侧放射，形成辐射状区，最后破坏区是在零件的中心部位。
包括静拉伸，静压缩，静弯曲，静扭转，静剪切，高温蠕变和一次冲击断裂等。
尤其对于普通机械设备来说，疲劳裂纹难于监测，最后的断裂带有突发性，因此作为突发性故障分析比较合适。
（2）判断零件断裂的原因。
断口的区域性特征零件一次加载断裂的断口与疲劳断裂的断口相比较，具有明显粗糙的特点，并且可以划分为三个区域。
以常见的运动障碍、转轴断裂和漏油三种表现形态为例，来说明减速机突发性故障的一般分析方法。
因此，对于加载速度很大的冲击断口，常常可以看到以辐射状区为主的人字形花纹。
二、零件一次加载断裂的断口特征零件一次加载断裂是指零件在缓慢递增的或恒定的载荷作用下，或者在一次冲击能量作用下发生断裂的现象。
纤维状区和切变唇区属于韧性断裂，辐射状区属于脆性断裂。
三、减速机轴的旋转弯曲疲劳断裂的断口特征旋转弯曲疲劳断裂是转轴最常见的破坏形式。
减速机输入轴断裂失效分析
减速机输入轴断裂失效分析摘要：某公司减速机输入轴发生断裂，对该断轴进行了宏观分析、室温力学性能试验、硬度试验、金相组织分析、扫描电镜（SEM）和EDS 能谱分析等一系列检测分析。
结果表明：断轴的原因是轴表面没有进行有效渗碳处理，轴在交变旋转弯曲应力的反复作用下，在应力集中的轴变径处发生断裂，并对失效机理进行了分析。
关键词：减速机；断轴；失效分析2018 年 7 月某公司型号为 H2SV10A 的减速机输入轴发生断裂，图1 为减速机输入轴的结构。
图2 为断裂失效输入轴的宏观照片。
从图 1和图 2 可见，减速机输入轴断裂发生在准∅85 mm 外圆和∅100 mm 外圆的过渡阶段，断裂位置靠近∅85 轴径侧，即图 1 中圆圈内标记区域。
轴的材质为18CrNiMo7-6[1]，属于德国牌号。
本文通过输入轴失效分析，探寻其失效原因。
图1 减速机输入轴结构图(mm)图2 断裂失效输入轴的宏观照片1 试验方法及结果1.1 宏观分析图3 减速机输入轴断口的宏观形貌照片图3 为减速机输入轴断口的宏观形貌照片。
断口表面有较明显的贝壳状花样, 属于典型的疲劳断裂。
断口由疲劳裂源区、裂纹扩展区和瞬间断裂区组成。
其中疲劳源有 3处，分别标示为 1、2、3 区域。
仔细观察断口疲劳源区，1 和2 区域两处表面较平坦，3 区域的疲劳源有剪切唇。
疲劳源在距表面 2mm 范围内，3 个疲劳源所处的区域之间有台阶和褶皱。
裂纹扩展区贝纹线比较扁平，部分区域存在褶皱。
断口形貌为纤维状，断面有台阶和褶皱，表明减速机轴承受到了反复交变的旋转弯曲应力。
断口瞬断区域较小，约占整个断口面积的1/10，说明轴整体受力较小，属于典型的低应力多疲劳源型高周疲劳断裂。
1.2 轴的室温拉伸试验及冲击性能检测对断轴的力学性能进行检测，依据国标GB/T2975-1998 《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试验制备》[2]选取被检试样位置，根据国标GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1 部分：室温试验方法》[3]，在轴的纵向采用线切割进行拉伸试样加工，制作标准试样进行室温拉伸试验。
减速机高速齿轮轴断裂失效系统性分析
减速机高速齿轮轴断裂失效系统性分析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。
减速机修理厂家分析断轴原因
减速机修理厂家分析断轴原因一、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。
当驱动电机和减速机间装配同心度保证得较好时，驱动电机输出轴所承受的仅仅是转动力（扭矩），运转时也会很平顺，没有脉动感。
而在不同心时，驱动电机输出轴还要承受来自于减速机输入端的径向力（弯矩）。
这个径向力的作用将会使驱动电机输出轴被迫弯曲，而且弯曲的方向会随着输出轴转动不断变化。
如果同心度的误差较大时，该径向力使电机输出轴局部温度升高，其金属结构不断被破坏，最终将导致驱动电机输出轴因局部疲劳而折断。
两者同心度的误差越大时，驱动电机输出轴折断的时间越短。
在驱动电机输出轴折断的同时，减速机输入端同样也会承受来自于驱动电机输出轴方面的径向力，如果这个径向力超出减速机输入端所能承受的最大径向负荷的话，其结果也将导致减速器输入端产生变形甚至断裂或输入端支撑轴承损坏。
因此，在装配时保证同心度至关重要。
从装配工艺上分析，如果驱动电机轴和减速机输入端同心，那么驱动电机轴面和减速机输入端孔面间就会很吻合，它们的接触面紧紧相贴，没有径向力和变形空间。
而装配时如果不同心，那么接触面之间就会不吻合或有间隙，就有径向力并给变形提供了空间。
同样，减速机的输出轴也有折断或弯曲现象发生，其原因与驱动电机的断轴原因相同。
但减速机的出力是驱动电机出力和减速比之积，相对于电机来讲出力更大，故减速机输出轴更易被折断。
因此，用户在使用减速机时，对其输出端装配时同心度的保证更应十分注意！二、减速机出力太小出现的断轴问题如果不是驱动电机轴断，而是减速机的输出轴折断，除了减速机输出端装配同心度不好的原因以外，还会有以下几点可能的原因：首先，错误的选型致使所配减速机出力不够。
常见导致减速机轴断的三大原因
常见导致减速机轴断的三大原因减速机的出力太小容易出现断轴问题，是减速机常见的一种安装问题。
那么出现这种问题的时候我们该如何来解决呢？现在东莞台机减速机有限公司就来为您讲解一下：
1、减速机选型不当
在选购减速机的时候由于对扭矩的大小判断错误，导致出力轴的扭矩过大或过小，这很容易导致减速机轴断裂发生。
有一部分用户在选型时，认为只要选对减速机的额定输出扭矩满足自己的需求就可以了，这是错误的选法，减速机上配的电机额定输出扭矩乘上减速比，得到的数值在原则上是要小于产品样本身提供的相近减速机的额定输出扭矩。
同时，还要考虑电机的过载能力和实际中所需最大工作扭矩。
理论上来说，用户所需最大工作扭矩。
必须要小于减速机额定输出扭矩的2倍。
2、超负载使用减速机
超负荷运转也是造成减速机轴断裂的一大杀手，这和螳螂挡车是一个道理，没这没大的功力就不能超负荷，合理的使用减速机不仅能减少故障的发生，还能使减速机的寿命更加长。
3、减速机安装不当
最后，正确的安装减速与器械的位置很重要，在一个不平稳的地方安装减速机是大忌，波动中很容易照成减速机轴断裂，使用期间对减速加以保养和维护也能很好的避免这一情况。
质量过关的减速机在合理的情况下使用是不会照成轴断裂这一情况的，在使用减速机之前先熟读使用手册或咨询台机减速机工作人员进行指导，能在使用过程中带来很大的便利。
减速器传动轴断裂失效探究
减速器传动轴断裂失效探究新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830011摘要：本文以某个减速器为例，在其实际运行中，出现了传动轴断裂的情况，利用成分分析、力学性能检测、围观组织和宏观形貌观察、断口SEM形貌与EDS （色散谱仪器）成分分析等方式，针对此减速器传动轴断裂失效的成因展开了分析，得出的结果显示：该减速器传动轴断裂的表现的形式是旋转弯曲引起的疲劳断裂，传动轴表面加工缺陷的沟槽位置出现极为严重的应力集中，在其实际运行时产生疲劳裂纹的萌生与拓展，以至于导致减速器传动轴断裂的情况出现。
关键词：减速器；传动轴；断裂失效；疲劳断裂减速器中的传动轴发挥的是动力传递的作用，针对应用位置的区别，选择不同的原材料制作而成，在驱动装置中常常发挥着极为关键的作用。
传动轴是一个超高转速与极少支撑的旋转装置，在动态平衡中保持稳定运作属于保障构件总体运行安全的基础。
根据资料调查显示：减速器传动轴断裂引发的安全事故频繁出现，通过分析表明传动轴断裂的原因来自多个方面，即超负荷运行、材料质量不符合标准、超出生命周期、传动轴肩与键槽位置产生应力集中引发疲劳断裂以及传动轴表面的加工缺陷等方面。
分析传动轴断裂失效的原因，同时尽早提供有效的解决措施，对保障减速器有效运行具有极大的应用意义。
本次研究选择的减速器传动轴使用35铬钼钢材料制作而成，其半径为55毫米的大轴在工作120天后出现了断裂的情况，其半径为37.5毫米的小轴在工作90天后出现了断裂的情况，减速器传动轴运行的时间与设计的生命期限相差甚远。
文章根据实际工矿与失效部件的情况，采用有针对性的分析方式对此减速器传动轴失效断裂引发的原因展开具体分析。
1减速器传动轴的概述1.1减速器传动轴简介在全部的机械零件中，轴类零件在其中占据的位置最为关键，其在机械中承担的重要功能是对传动零件的支撑、对扭矩的传递、对载荷的承受以及对安装在轴上的零件回转精度的保证等。
轴类零件属于回转型零件，其加工表面通常是由同心轴的外圆柱表面、圆锥表面、键槽、横向空、以及相应的端面构成。
减速机轴断裂原因分析(案例)
减速机轴断裂原因分析某煤矿从国外购进的减速机，安装使用30h余后，齿轮减速机轴发生弯曲，无法正常使用，在对弯曲的减速机轴进行冷校直时，轴突然发生断裂。
查阅减速机轴的有关技术资料，该轴采用17CrNiMo6钢制造，轴整体经调质处理后，表面进行中频处理，使轴表面及退刀槽根部洛氏硬度达到59～62HRC。
1理化检验1.1断轴宏观分析断裂位于减速机轴表面退刀槽根部，见图1。
图1轴断裂位置(mm)宏观断口见图2，断口表面有较明显的贝壳状花样，属于典型的疲劳断裂。
断口由疲劳裂源区、裂纹扩展区和瞬间断裂区三个区域组成。
图2宏观断口形貌仔细观察断口裂纹源区，其表面较平坦，尺寸在距表面5mm范围内(图2A处)。
裂纹扩展区贝纹线比较扁平。
瞬间断裂区在裂源的对面，呈椭圆形，断口形貌为纤维状，表明减速机轴主要受旋转弯曲应力。
断口瞬断区域较小、较圆约占整个断口面积的1/6，说明轴整体受力较小，属典型的高周疲劳断裂。
由疲劳区及贝纹线的形态可知，疲劳裂纹扩展过程中两侧较快，说明退刀槽根部有应力集中现象。
1.2断口微观分析用AMRAY21000B型扫描电镜观察样品断口，断裂起源于轴表面退刀槽根部，该处有机加工刀痕，见图3；裂纹扩展区可见疲劳条纹，见图4；瞬断区为细小韧窝。
图3断裂源形貌200×图4裂纹扩展区疲劳条纹400×1.3化学成分分析化学成分分析试样取自断口附近，分析结果(质量分数)列于表1，化学成分符合技术要求。
1.4洛氏硬度检测在断口附近取样，将横截面磨平，从边缘向心部逐点进行硬度测定，结果均在36～37HRC范围内；沿轴的纵向表面测定硬度，结果在38～39HRC范围内。
从硬度结果看出，轴的表面硬度与心部硬度相近，且均低于设计要求。
1.5金相检验在裂源附近取样进行金相分析，非金属夹杂物为A2，B1，D1e(按GB10561-1989评定)；晶粒度7.5级(按GB6394-1986评定)；疲劳源区及表面与心部显微组织均为回火索氏体，见图5。
轧钢大型减速机齿轮轴断裂分析
轧钢大型减速机齿轮轴断裂分析【摘要】：轧钢用大功率减速机是轧机动力传动的重要部件，保证减速机的正常运行，对整个轧钢生产有重大意义。
通过轴断口的宏观、微观和力学分析，及轴的多项理化检验和分析，对轴断裂的原因机理提出防止轴断裂的对策，以保证轴必要的使用寿命。
【关键词】：疲劳; 断裂源; 断口2004年轧钢厂ZD190轧机减速机主动齿轮轴发生断裂，直接损失10万元，轧钢线停运6小时，直接损失数十万元。
该减速机及断轴情况如下：电机与减速机间有一调节飞轮，用齿轮联轴器联接，动力经减速机变换至轧机。
减速机由单级渐开线人字齿轮传动组成，主动轴传递转速247rpm，传动功率2971KW，轧钢机主动轴断裂处示意如图1所示，。
该齿轮传动02年7月开始运行到轴断裂仅两年。
该主动轴材料40Cr调质，断裂面位于动力输入端，距齿轮安装端面100mm，断处轴径Φ400mm，联轴器设有安全螺栓，轴断裂时安全螺栓完好，其他时候该螺栓有剪断说明事故发生时，机器没有超载运行。
对于减速机齿轮轴齿轮从宏观到微观的一系列检验分析：断口分析，力学分析，金相检验，化学检验和扫描电镜观察分析等，综合该轴的断裂史和该轴所在系统的相关情况，分析其断裂的基本原因及改善措施。
一、轴的断口分析轴断裂处行貌异常特殊，虽然疲劳断裂，但其疲劳源却始于表层下50mm 处，分三区向外疲劳扩展，最后心部瞬断，瞬断区有五个Φ45mm大的异常园斑。
经强度校验，安全系数大于5。
其断裂原因实属材质问题。
经检验其冲出韧性仅为23.3J/cm ,其余合格；疲劳源区有大量Φ1mm长，5-8mm的疏松空洞未能锻合，成为疲劳之源；此外夹杂级别过高，多为4级；金相检验该轴表面组织尚有10-20%铁素体，未达到调质要求；经定氢测试，含氢量为12.5ppm；这些都促使钢材脆化。
瞬间区为脆性解理河流花样。
断口为疲劳断裂，断口上50mm宽的外圈环形区为疲劳扩展区；Φ300mm 以内的区域为瞬间断裂区。
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减速机轴断裂分析
董毅,李晓玲,刘臻祥,周玉英
(内蒙古北方重工业集团有限公司,包头014033)
摘要:某减速机使用30多小时后,齿轮减速机轴发生弯曲,该轴在进行冷校直时发生断裂。
通过对断裂轴的断口宏微观分析、金相检验以及硬度测定,认为该轴是在应力集中条件下承受对称旋转弯曲载荷作用,产生早期疲劳断裂。
造成疲劳断裂的原因是由于热处理工艺不合理,致使材料力学性能未达到设计要求,导致轴的疲劳抗力降低,加之圆角加工较差,工作时产生应力集中,加速了轴的疲劳断裂。
关键词:减速机;轴;疲劳断裂;退刀槽
某煤矿从国外购进的减速机,安装使用30h余后,齿轮减速机轴发生弯曲,无法正常使用,在对弯曲的减速机轴进行冷校直时,轴突然发生断裂。
查阅减速机轴的有关技术资料,该轴采用17CrNiMo6钢制造,轴整体经调质处理后,表面进行中频处理,使轴表面及退刀槽根部洛氏硬度达到59～62HRC。
1 理化检验
1.1 断轴宏观分析
断裂位于减速机轴表面退刀槽根部,见图1。
图1 轴断裂位置(mm) 图2 宏观断口形貌
宏观断口见图2,断口表面有较明显的贝壳状花样,属于典型的疲劳断裂。
断口由疲劳裂源区、裂纹扩展区和瞬间断裂区三个区域组成。
仔细观察断口裂纹源区,其表面较平坦,尺寸在距表面5mm范围内(图2A处)。
裂纹扩展区贝纹线比较扁平。
瞬间断裂区在裂源的对面,呈椭圆形,断口形貌为纤维状,表明减速机轴主要受旋转弯曲应力。
断口瞬断区域较小、较圆约占整个断口面积的1/6,说明轴整体受力较小,属典型的高周疲劳断裂。
由疲劳区及贝纹线的形态可知,疲劳裂纹扩展过程中两侧较快,说明退刀槽根部有应力集中现象。
1.2 断口微观分析
用AMRAY21000B型扫描电镜观察样品断口,断裂起源于轴表面退刀槽根部,该处有机加工刀痕,见图3;裂纹扩展区可见疲劳条纹,见图4;瞬断区为细小韧窝。
图3 断裂源形貌200×图4 裂
纹扩展区疲劳条纹400×
1.3 化学成分分析
化学成分分析试样取自断口附近,分析结果(质量分数)列于表1,化学成分符合技术要求。
1.4 洛氏硬度检测
在断口附近取样,将横截面磨平,从边缘向心部逐点进行硬度测定,结果均在36～37HRC范围内;沿轴的纵向表面测定硬度,结果在38～39HRC范围内。
从硬度结果看出,轴的表面硬度与心部硬度相近,且均低于设计要求。
1.5 金相检验
在裂源附近取样进行金相分析,非金属夹杂物为A2,B1,D1e(按GB10561-1989评定);晶粒度7.5级(按GB6394-1986评定);疲劳源区及表面与心部显微组织均为回火索氏体,见图5。
图5 疲劳源区显微组织500×
通过金相组织分析,认为该轴是在调质热处理状态下,未经任何表面处理直接投入使用的。
2 分析与讨论
(1)减速机轴纵向表面与轴横端面的洛氏硬度检测结果表明,失效轴硬度值在36～39HRC,远低于技术要求的59～62HRC,显然与设计要求不符。
(2)该轴从表面至心部的组织为回火索氏体,说明该轴是在调质热处理状态下使用的,这与所测得轴的洛氏硬度相吻合。
轴的工作状态要求其表面硬度较高、耐磨,心部硬度相对较低,韧性较好。
通常情况,轴表面一般经高频或中频处理后才使用[1],而失效轴的调质使用状态与理论要求的高频或中频表面处理使用状态不相符,由于工艺上的不合理,造成轴的疲劳抗力降低。
(3)从减速机轴断裂的位置看,疲劳起源于轴的退刀槽应力集中处。
从微观断口看,有明显的三个区域即裂纹源区、扩展区和瞬断区,属典型的疲劳断裂。
断口贝纹线比较扁平,裂纹扩展前沿线两侧的裂纹扩展速度较大,瞬断区在裂纹源的对面,由此可见,失效轴主要受旋转弯曲应力。
而从瞬断区较小较圆看,失效轴整体受力较小[2]。
根据上述断口分析结果及断裂形貌,认为轴断裂属中等名义应力集中条件的旋转弯曲产生的疲劳断裂。
轴在承受旋转弯曲应力的作用下,由于轴的表面硬度较低,加上退刀槽应力集中,使轴在正常工作应力下在退刀槽处过早的产生疲劳裂纹,随着循环载荷的作用,疲劳裂纹不断向基体内扩展,致使轴的有效承载尺寸减少,并产生弯曲,当进行冷校直时,对轴的凸起方向施加一定向下的外力时,导致轴的断裂。
3 结论
减速机轴断裂是由于热处理工艺不合理致使材料力学性能低于设计要求,以及退刀槽底部有应力集中存在,造成轴的疲劳强度降低,产生疲劳裂纹和弯曲变形,在校直过程中发生断裂。