行走减速器输出轴断裂原因分析及结构改进张学瑞
减速器的故障分析与改进方法探析
科技创新31产 城减速器的故障分析与改进方法探析张利辉重庆大唐国际石柱发电有限责任公司，重庆409106摘要：减速器在机械设备中占有重要位置，不仅可以起到传递运动的作用，也可以传递动力，其运行的性能对机械设备整体稳定性与安全性会产生直接影响，一旦相关的减速器发生故障问题，将会导致机械设备不能正常运行。
在此情况下，应该强化减速器的故障分析，有效进行改进处理，确保减速器的正常运行，满足当前的减速器应用需求。
关键词：减速器；故障分析；改进方法目前在减速器实际应用的过程中，受到诸多因素的影响经常会出现故障问题，不能保证运行的稳定性。
这就需要在减速器实际应用的过程中，按照减速器的故障类型与特点，有效开展相关的改进工作，降低减速器的故障发生率，延长使用寿命。
一、减速器的故障分析（一）齿轮与轴承部分的故障问题减速器中齿轮属于非常重要的零部件，故障发生率也很高，属于整体设备中故障发生率最高的部分。
一般情况下，减速器在实际使用期间，是利用齿轮相互之间的运行传递动力，在此期间齿轮会承受一定应力，如若齿轮的强度不符合要求，韧度不能达到设计标准，就很容易出现裂纹现象与磨损现象，甚至会有断齿的问题，对整体系统运行的安全性会造成不利影响；减速器实际运行期间，轴承具有重要作用，但是，轴承在运行期间不能直接用肉眼观察到故障问题。
一般情况下，轴承受到负载因素与偏心力因素的影响，会承受一定的应力，在时间延长的情况下，应力不断累积，最后会导致轴承受到一定损伤，其中的齿轮也会呈现不规则运行的状态，导致传动的效率降低，甚至导致设备严重损坏。
（二）润滑油泄露方面的故障问题为确保减速器齿轮正常运行，需要保证润滑油的及时供应，起到一定的润滑作用，减少齿轮相互之间咬合过程中出现的摩擦热量。
然而，在减速器实际使用期间，由于密封性能较低，很容易有润滑油泄露的现象，在泄露问题发生之后，润滑油的数量会随之减少，不能为齿轮的咬合提供润滑作用，导致齿轮的磨损程度增加，甚至会对其强度造成不利影响，长此以往，会导致相关的减速器系统不能正常使用。
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。
减速机齿轮轴断裂分析
１ 引 言
减 速机 的齿轮轴结构是机械设备 中常见 的重 要设备 ， 它本身设计的合理 与否影 响到整个设备 的
安 全 运 行 。某 减 速 机 上 的 齿 轮 轴 ，材 料 牌 号 为
１ ８ Ｃ ｒ Ｎ ｉ Ｍｏ ７ — ６ 。 齿 轮 轴 的 生 产 工 艺 为 ：加 工 一 渗 碳一 淬 火一 磨齿 一 精加 工 。 该齿 轮轴 在 今年 ３月份 安装 、 调试 、 运行 ， １ ０月份 发生 开 裂 。通 过综 合分 析 该 轴断 裂 的基本 原 因 ， 从 而 采取 改善 措施 。
减速机齿轮轴断裂分析
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ６ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ － １ １ ０ Ｘ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ １ ０
减 速 机 齿 轮轴 断裂 分 析
丁 贤模
Байду номын сангаас
（ 西 门子 机械 传 动 （ 天津） 有 限公 司 ， 天津 ， ３ ０ ０ ４ ０ ０ ）
ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ． Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｏ ｒ ｉ ｇ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｓ ｒ ｆ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｎ ｄ ｅ ｎ ｓ ｅ ｄ ａ ｒ ｅ ａ ａ ｔ ｋ ｅ ｙ ｗ ａ ｙ
［ 摘 要】 针对减速机齿 轮轴发生断裂现象 ， 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 ，
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。
减速机齿轮轴断裂分析
减速机齿轮轴断裂分析丁贤模【摘要】针对减速机齿轮轴发生断裂现象,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.【期刊名称】《天津冶金》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】3页(P41-43)【关键词】齿轮轴;键槽;断口;疲劳断裂【作者】丁贤模【作者单位】西门子机械传动(天津)有限公司,天津,300400【正文语种】中文减速机的齿轮轴结构是机械设备中常见的重要设备，它本身设计的合理与否影响到整个设备的安全运行。
某减速机上的齿轮轴，材料牌号为18CrNiMo7-6。
齿轮轴的生产工艺为：加工→渗碳→淬火→磨齿→精加工。
该齿轮轴在今年3月份安装、调试、运行，10月份发生开裂。
通过综合分析该轴断裂的基本原因，从而采取改善措施。
齿轮轴的设计见图1，轮齿的左侧加工直径三级递减的轴，轴的中部加工键槽。
键槽处装配传动齿轮，键槽两侧的粗轴和细轴上分别装配轴承。
齿轮轴在变径处发生开裂，如图1红色方框所示位置，轴在开裂处发生相对转动后，键槽随之错开分离成两部分。
开裂面的左侧粗轴上的变截面边部残留键槽的半圆形端部，变截面的其他边缘向外翻卷变形，是键槽上装配的齿轮端面发生轴向窜动挤压所形成[1]；右侧细轴保留相对完整的矩形键槽，槽底面的中部高温受热泛蓝。
装配轴承的粗轴表面颜色发黑，积存油污，可观察到清晰的机加工痕迹，没有明显的磨损过热特征。
3.1材料化学成分分析从齿轮轴端部取样进行材料化学成分分析，结果见表1。
参考德国DIN-EN标准渗碳结构钢（DIN 17210）中18CrNiMo7-6的化学成分规范，齿轮轴材料的化学成分符合18CrNiMo7-6的成分规范要求。
3.2材料力学性能测试在齿轮轴端部、远离断口区域制取3个Φ5 mm棒状拉伸试样和3个冲击试样（尺寸为10 mm×10 mm×55 mm），进行室温拉伸和冲击试验，结果见表2。
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。
机械毕业设计941减速器输出轴的失效分析和优化设计
前言减速器是一种不可缺少的机械传动装置，在各行各业中十分广泛地使用着。
减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，而轴是减速器中不可缺少的重要零件之一,也是最常见的失效零件。
轴是减速器的关键部件。
减速器广泛应用于各种机械、矿山、冶金、油田、农业等行业，由于工作条件恶劣，过载时间长，加之频繁的正转和反转，经常在阶梯轴的结合处产生裂纹，最终导致断裂事故，给生产及安全造成很大的影响。
某厂一批减速器在使用不到半年内相继发生几起断轴事件，而且断轴现象十分相似，给该厂造成了严重的经济损失。
为此，我们对减速器高速轴的断裂原因进行了比较系统的分析：轴的宏、微观分析和结构分析，了解该轴的应力分布情况，找出应力集中部位，分析该类轴断裂的原因。
在此基础上充分利用PRO/E 技术进行进一步的应力分析,以验证宏、微观分析结果,再利用PRO/E技术进行轴的优化设计,达到改进轴的目的。
使减速器的工作性能达到最优。
这样既能保证设备的正常使用，提高工厂的经济效益，有很高的实用价值，而且为轴失效问题的分析可提供有效的参考资料。
Pro/ENGINEE是1985年美国波士顿PTC公司开发出来的参数化建模软件，目前已经成为三维建模软件的领头羊。
目前已经发布了Pro/ENGINEER WILDFIRE 3.O。
它包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。
而且Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境，本文所进行轴的结构分析就是基于Pro/ENGINEER这一软件。
第一章失效分析1.1 失效分析的概念失效，按照国家标准GB3187-82《可靠性基本词术语及定义》，就是：“产品丧失规定的功能，对可恢复产品通常也称故障”。
为了研究失效的原因，确定失效的模式或机理，并采取补救或预防措施以防止失效再度发生的技术活动与管理活动，叫做“失效分析”。
失效分析是按一定的思路和方法判断失效性质、分析失效原因、研究失效事故处理方法和预防措施的技术活动及管理活动。
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。
减速机高速轴断裂修复的探讨
减速机高速轴断裂修复的探讨发布时间：2023-02-02T01:55:46.400Z 来源：《中国科技信息》2022年9月第18期作者：姜振雄[导读] 减速机是最常用的装置之一，它与电机相连，输出端子必须与操作相连。
姜振雄国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司摘要：减速机是最常用的装置之一，它与电机相连，输出端子必须与操作相连。
本文客观分析了减速机日常维修过程中轴断裂的常见原因。
从根本上解决了轴断裂问题，确保了设备的安全性、经济性和运行稳定性，实现了经济增值。
关键词：减速机；高速轴；断裂；修复减速机用作电机与工作或执行电动机之间速度匹配和转矩移动的相对精确的机构。
它用于降低速度和增加转矩。
有各种各样的种类、不同的型号和用途。
转速低输出端，错误率低；连接的输入端电动机速度很快，因此高速特别高速轴的误差率很高。
一、减速机1.特征。
蜗轮蜗杆减速机主要具有反向自锁，减速比高，输入轴和输出轴不在同一轴上，并且具有不同的平面。
但是，总体积相当大，驱动效率不高且不准确。
谐波制动最受欢迎的谐波脉冲是通过用于运动和能量传输的柔性部件的弹性变形实现的，体积小，精度高。
但是缺点是柔轮的寿命有限，刚性对金属零件不敏感。
输入速度不能太高。
行星减速机的优点在于外形紧凑、间隙小、精度高、寿命长、扭矩高，但是价格有点太高了。
齿轮减速机传递扭矩大，是在模块化组件系统的基础上制造的，发动机部件、安装形式和结构情景较多，齿轮比分布密切，以满足不同的运行条件，实现发动机集成。
制动块效率高，能耗低，功能强大。
示波器是采用摆线针齿啮合行星传动原理的驱动模型，它是一种具有诸多优点的理想传动装置，具有多种功能。
2.范围。
减速机是机械驱动，在国民经济的许多领域属于齿轮、行星齿轮和蜗杆减速机类，以及专用传动，如增速、调速和柔性传动装置。
服务包括冶金、有色、煤、建筑材料、船只、水、电、技术设备和石化行业。
近几十年来，国家减速产业的发展，在国民经济和国防产业的各个领域都有着机械减速产品的广泛应用。
关于减速机输出轴出现折断问题的各种原因
关于减速机输出轴出现折断问题的各种原因
出现这种情况主要原因是因为减速机输出端装配同心度不好之外，还有如下几个重要原因：第一种情况是：在选择减速机的时候选择出现了错误，造成了减速机出力达不到要求，最常见的是当使用者去选择减速机的时候认为只要减速机的额定输出扭矩能够满足使用要求就可以了，但是只满足这些条件还是远远不够的，因为电机额定输出扭矩乘上减速比，得到的值原则上是要小鱼产品出厂时提供的额定输出扭矩，还有一种情况是要考虑驱动用的点击的过载能力和在现实工作中的最大工作扭矩。
在理论上面，使用者所需要的最大工作扭矩一定要是减速机额定输出扭矩的两倍以上。
这些注意事项尤其是在一些要求很严格的场地是必须遵守的，因为这些不仅仅是对减速机的保护作用，更重要的是避免了减速机输出轴被扭断。
如果设备安装存在了问题，减速机的输出轴及其负载被卡住了，这个时候驱动电机的过载能力就会不断的增大，进而可能使减速机的输出轴承受的力超过其额定输出扭矩的2倍而扭断减速机的输出轴。
最后，在减速机完成减速的那一刻，减速机轴所承受的扭力是额定输出扭矩的两倍以上，而且这个减速的过程是很频繁的，所以造成减速机轴断裂是必然的，但是这种情况出现的概率
是很小的，只要注意就可以了。
汽车变速箱输出轴断裂失效及改进研究
汽车变速箱输出轴断裂失效及改进研究作者：葛晶来源：《时代汽车》2020年第13期摘要：汽车变速箱输出轴是变速箱与传动轴联动的重要构件，输出轴发生断裂，传动轴将很难受到驱动作用、传动比调整作用，导致汽车运行出现故障，有必要重视汽车变速箱输出轴断裂失效分析，认为可以在理化检验的基础上，对输出轴失效问题进行综合探讨，随之，为有效避免变速箱输出轴断裂，归纳改进措施。
关键词：变速箱输出轴断裂失效分析改进措施1 引言失效分析是输出轴失去效用的原因进行综合分析，运用理化检验的形式，可以较为客观的收集输出轴断裂面信息、组成成分、硬度数据等，辅助断裂性质、原因的归纳，透过失效分析，可以根据所得断裂数据指导输出轴的质量、性能、成分改进工作，有效避免输出轴再度发生断裂现象，对公司产品质量增强存在积极意义。
2 变速箱输出轴理化检验方案变速箱输出轴理化检验内容包括宏观痕迹检测、微观痕迹检测、化学成分分析、金相检验、硬度检验、氢含量检验，一般可以较为全面的把握输出轴断裂面信息，辅助断裂原因、性质分析工作。
从宏观痕迹检测来看，检验人员可以凭借直观观察及工作手册、维修经验，对断裂面形貌进行观察，可以了解输出轴是否存在异常机床加工、磕碰磨损、有无明显形变，从微观痕迹检测来看，检验人员可以运用扫描电子显微镜对断裂处进行扫描，观察是否存在塑性变形、表面是否存在疏松、杂质较多等状况，同时分析裂纹起点、裂纹形貌等，从化学成分分析来看，对检测输出轴取样，分析输出轴化学成分，了解输出轴与其标识的规格是否吻合，是否存在假冒伪劣现象，从金相检验的角度来看，金相检验可以了解输出轴的金相组织特点，基本流程是先从输出轴上取样、抛光、4%硝酸酒精溶液侵蚀，对样品进行显微观察，把握金相组织是马氏体、奥氏体，亦或者是其他，从硬度检验来看，硬度是材料基础性能指标之一，进行硬度检验，取得硬度阶梯分布、硬度数值等数据，了解变速箱输出轴是否是因为硬度不足导致断裂，从氢含量检验来看，氢含量检验数据可以作为氢脆的判断依据，测试氢含量时，先取样，后运用低浓度酒精溶液降温至50℃以下，再运用四氯化碳清洗样品，最后用氢含量检测仪，了解样品表面氢含量、心部氢含量[1]。
某手动变速器输出轴断齿问题改进策略
某手动变速器输出轴断齿问题改进策略张艳利; 李振; 葛琳; 董伟【期刊名称】《《汽车实用技术》》【年(卷),期】2019(000)017【总页数】3页(P105-107)【关键词】输出轴齿轮; 断齿; 表面硬度; 金相组织【作者】张艳利; 李振; 葛琳; 董伟【作者单位】华晨汽车工程研究院辽宁沈阳 110141【正文语种】中文【中图分类】U4671 前言齿轴零件是汽车变速器的重要组成部分，它的主要功能为：通过速比改变车速，可靠传递动力。
随着发动机排量的增大，变速器承载扭矩也在不断加，对于每款变速器齿轴件的强度有着严格的要求，以满足整车各种工况下扭矩的传递。
在开发阶段需充分的考虑齿轴的强度，通过CAE 仿真进行强度分析，通过台架试验进行耐久性验。
同时齿轴件在制造过程中出现的一些材质、热处理等质量问题也很大程度上影响其使用强度。
本文通过对某手动变速器输出轴齿轮台架断齿件进行分析，找到引起断齿失效的原因，并提出改进措施，确保新一轮耐久试验顺利通过，同时为类似断齿问题分析与改进提供借鉴。
2 概述某手动变速器在做台架耐久试验时，发生输出轴齿轮断齿现象，试验时间要求350 小时，故障发生时间6 小时。
齿轮材料为20CrMoH，输出齿为斜齿轮，表面渗碳处理，表面硬度：650-750HV，该齿轮共计18 个齿，试验后断裂15 个齿，断齿宏观形貌见图1 所示，针对断齿产生的原因进行了检测与分析。
图1 断齿宏观形貌3 检测与分析3.1 断口宏观检测输出轴断齿断口宏观形貌如图2 所示，断裂源存在于齿根部位，如图中箭头所示。
各断口可明显看到沿表面起始的放射线，扩展区与内层断口有明显台阶，呈多方向不平整的断裂面，表明脆性断裂特征。
图2 断口宏观形貌3.2 断口微观检测选取典型断齿进行清洗和风干，依据JB/T6842-199 标准[1]用扫描电镜观察断口的微观形貌。
表面渗碳淬火区为沿晶断口，显示沿晶脆性断裂特征，如图3 所示；齿心部区域为准解理断口形貌，同样显示脆性断裂特征，如图4 所示。
斗轮驱动减速器输出级内齿圈断裂分析
斗轮驱动减速器输出级内齿圈断裂分析
张晨晨;金钰
【期刊名称】《机械传动》
【年(卷),期】2013(37)1
【摘要】对斗轮驱动减速器的输出级内齿圈进行了受力分析,然后采用ANSYS有限元软件进行了静强度计算,计算结果显示内齿圈的结构比较富裕,但是发现其有向内齿圈外壁发生破坏的趋势,分析了内齿圈发生断裂破坏的各种原因,结合材料探伤检测,找到了内齿圈发生断裂破坏的主要原因是由于内部材料缺陷引起的,并得到了有限元计算结果的理论验证。
【总页数】3页(P98-100)
【关键词】斗轮驱动减速器;内齿圈;断裂破坏;有限元
【作者】张晨晨;金钰
【作者单位】北方重工集团有限公司传动设备分公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.3
【相关文献】
1.内齿圈输出式封闭行星齿轮减速器的设计 [J], 戴建平
2.TEREX 3311 E矿用汽车轮边减速器NGW行星轮系内齿圈断裂失效分析及预防措施 [J], 杨钟胜
3.WJ6减速器一级内齿圈振动分析 [J], 谢卫红
4.航空发动机减速器一级内齿圈振动分析 [J], 谢卫红
5.某型发动机一级内齿圈断裂故障分析 [J], 李群力
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Reason of Rupture and Amelioration of Structural with Output Shaft of Trodden Retarder
ZHANG Xue-rui （Taiyuan Institute of China Coal Technology and Engineering Group, Taiyuan 030006, China）
Abstract： The paper introduces phenomenon of rupture of trodden retarder’s output shaft at load test. Through analyzing configuration of fracture sample and gathering test data to find reason of destruction. The carrying capacity of output shaft can be improved by overstriking diameter of axle or aggrandizing loaded section modulus in reason structure. Key words： trodden retarder； output shaft； section modulus
输出扭矩为－1 344 Nm，如表 3。
表 3 试验记录数据
输入扭矩 /Nm -23 -21 -23 -20 -21
输入速度 /r·min-1
-367 -360
0 0 0
输出扭矩 /Nm -11 -13 -1344 -17 -12
输出速度 /r·m 234
因此可以判定输出轴的断裂是由于瞬间的大
图 2 金相分析 通过对本体截面试样进行金相分析，其组织为 回火索氏体，热处理调质工艺符合要求。
（3）断裂原因分析
通过对断裂本体试样的理化分析，得出输出轴
的选材及热处理工艺均符合设计要求，在进一步分
析试验记录数据时发现在试验系统发生故障再启
动时， 扭矩传感器记录的扭矩要比设计值大 3 倍，
图 1 断裂状态图
化学成份符合 GB/T 3077-1999,化学成份合格。 扭矩造成的，待重新加工输出轴、调整试验系统后， 193
Vol.34 No.01
行走减速器输出轴断裂原因分析及结构改进— ——张学瑞
第 34 卷第 01 期
准110 准108
准100 准100
后期的加载试验很正常，甚至 125％的超载 1 h 试验 结束后输出轴仍工作正常。 从而验证了设计的安全 系数，也验证了整个减速器的可靠性。 2 结构改进
式中 d— ——花键齿根圆直径 cm； D— ——花键顶圆直径 cm； z— ——花键齿数； b— ——分度圆上的齿厚，cm。
依据以上截面模量的计算公式，求得齿数分别 为 24 和 26 时的花键轴截面模量
第 34 卷第 01 期 2013 年 01 月
煤矿机械 Coal Mine Machinery
Vol.34No.01 Jan. 2013
行走减速器输出轴断裂原因分析及结构改进
张学瑞 （中国煤炭科工集团 太原研究院， 太原 030006）
摘 要： 介绍行走减速器在加载试验时出现的输出轴断裂现象。 通过对断裂本体试样理化分 析和试验数据的采集，找出断裂的根本原因。 验证在结构合理的前提下，可以通过加粗轴径、增大 受载截面模量来提高输出轴的承载能力。
0 前言 行走减速器是履带行走式煤矿设备的核心部
件。 输出轴作为行走减速器中的主要传动零件，通 过安装在输出轴上的链轮驱动履带板实现整机的 调动， 输出轴强度对整个减速器的寿命影响较大。 井下工作面工作环境要求行走减速器必须有较高
表 2 本体横截面打硬度 HRC
第1次 第2次
距表面 10 mm 33.5 32.5 32 31
（1）原结构说明 原断裂处设计如图 3 所示 ， 断裂部位为 准100 圆柱面的根部（A-A 截面）处。
A
A
图 3 原设计图
准100 圆柱面花键设计齿数为 24， 模数为 4，压 力角为 30°，精度等级为 5 级的渐开线外花键。
（2）改进后设计 改进后设计如图 4 所示，改进原则为加大花键 处的轴径，从而缩小与 准110 圆柱面的台阶差，同时 2 个圆柱面的接合处选择合适的圆角过渡， 减少机 加工造成的应力集中。
距表面 20 mm 30.5 32 33 32
距表面 30 mm 31 32 30 31
中心 硬度 31 30 32 31
调质后硬度工艺要求为 HB280～320，符合工艺
要求。
的可靠性， 减速器设计加工完成后做加载试验时，
出现了输出轴的断裂现象。
1 输出轴断裂原因分析
（1）输出轴断裂状态
在试验过程中，前期的空载试验及 25％的加载 试验都 很正常，试 验 到 50％加 载 试 验 过 程 中 ，试 验 系统突然出现故障，待故障解除重新启动试验系统 后发生了输出轴的断裂现象（见图 1）。
（2）断裂本体试样理化分析
对断裂后的试样分别进行了直读光谱分析化
学成份（见表 1）、本体横截面打硬度（见表 2）及本
体试样金相分析（见图 2）3 项工作。
表 1 化学成分
材料成份 C Si Mn P
S Cr Ni Mo V
百分比% 0.47 0.323 0.662 0.017 0.002 7 1.01 1.37 0.218 0.146
R1
图 4 改进设计图
将花键齿数增加到 26，模数保持不变时齿顶圆 直径为 准108， 在 2 个圆柱面的接合处有 R1 的圆角 过渡。
（3）改进前后截面强度比较 根据轴的弯扭合成强度计算公式，轴所承受应力
σ= Md Z
式中 Md— ——轴所承受的当量弯矩； Z— ——截面模量。
依据参考文献查得花键轴的截面模量 Z＝ πd4＋bz（D－d）（D+d）2 32D