淺析搖瓶機故障及其原理

李興成

【摘 要】本文主要淺析當前階段搖瓶機在實際使用過程中所出現(xiàn)的一系列故障以及出現(xiàn)故障的具體原因分析，為更好的提升和改善搖瓶機的使用效率奠定堅實的基礎。

【關(guān)鍵詞】搖瓶機；故障；原理

一、機械損壞原因分析

（一）電機軸鍵槽損壞

最常見的機械損壞為鍵槽磨損、鍵槽邊緣缺失、鍵與鍵槽配合被破壞。

鍵損壞：鍵磨損損壞、滾鍵，使傳動失效。遇到這種情況需要修理，電機軸與蝸桿軸的聯(lián)接是采用套桶聯(lián)軸器的鍵連接，通過鍵傳遞軸扭矩的方式。

搖瓶機驅(qū)動的電機軸徑為φ20mm，鍵規(guī)格為6×6×30mm，由于載荷大且不平衡、不穩(wěn)定，使連接鍵所承受的剪切力和擠壓力大，且?guī)缀跏窃诮蛔冚d荷下來驅(qū)動，鍵在設計強度上低，隨著磨損加大，必然導致鍵的損壞，發(fā)生傳動失效。

（二）鏈條損壞

西庫搖瓶機傳動鏈條為雙排鏈條傳動的滾子鏈條，當鏈條在不穩(wěn)定載荷很大的情況下進行傳動，鏈條承載較大的作用力，長期過載傳動，加之潤滑維護不當，磨損加劇，影響了鏈條的使用壽命。

（三）蝸輪蝸桿軸磨損

蝸輪蝸桿軸磨損嚴重可導致傳動失效，可將蝸輪蝸桿材料材質(zhì)提高，使其更符合實際工況。

二、聯(lián)軸器介紹及套筒聯(lián)軸器

（一）聯(lián)軸器介紹

聯(lián)軸器是機械傳動中常用的部件。它主要用來聯(lián)結(jié)軸與軸（有時也聯(lián)接軸與其他回轉(zhuǎn)零件），以傳遞運動和扭矩。聯(lián)軸器還應對兩軸產(chǎn)生的位移有補償作用，并具有吸收振動和緩和沖擊的能力。

（二）套筒聯(lián)軸器

套筒聯(lián)軸器屬于剛性聯(lián)軸器，由套桶、鍵、緊定螺釘組成。特點是結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小，安裝或拆卸時軸需做較大移動，此聯(lián)軸器適用于載荷不大、工作平穩(wěn)、兩軸線嚴格對中、徑向尺寸小的場合，如圖。

（三）鍵類型和應用

鍵聯(lián)接主要用于軸和軸上零件的周向固定并用來傳遞運動和轉(zhuǎn)矩，還有實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向移動。鍵聯(lián)接是一種可拆卸聯(lián)接，其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，已實現(xiàn)標準化。鍵材料一般采用45號鋼。鍵聯(lián)接可分為平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵與花鍵等類型。

三、軸的功用與類型

（一）軸的功用

軸是支承回轉(zhuǎn)零件并傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的部件，軸是組成機器的重要零部件之一。

（二）軸的類型

1.按受載情況分類

按受載情況不同，軸可分為三種類型：心軸、傳動軸和轉(zhuǎn)軸。

心軸：只承受彎矩的軸稱為心軸。心軸又分為固定心軸和轉(zhuǎn)動心軸。固定心軸工作時不轉(zhuǎn)動，如自行車前輪軸；轉(zhuǎn)動心軸工作時隨轉(zhuǎn)動零件一起轉(zhuǎn)動，如火車輪軸。

傳動軸：主要承受轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩或承受的彎矩很小的軸稱為傳動軸。如汽車變速箱與后橋之間的傳動軸。

轉(zhuǎn)軸：同時承受彎矩和轉(zhuǎn)矩作用的軸稱為轉(zhuǎn)軸。如減速箱中支承齒輪的轉(zhuǎn)軸是機器中最常用轉(zhuǎn)軸。

2.根據(jù)軸線的幾何形狀分類

根據(jù)軸線幾何形狀不同，軸可分為直軸、曲軸和軟軸。直軸是機器中最常用的軸，按其外形又分為光軸和階梯軸。光軸各截面的直徑相等，形狀簡單、易于加工，主要用于傳動軸。階梯軸各軸段截面的直徑不同，便于軸上零件的安裝拆卸和固定，所以階梯軸應用最廣。曲軸、軟軸主要用于專業(yè)機械。

搖瓶機主動軸、從動軸均為傳動軸。

四、蝸桿傳動、特點、失效形式及常用材料

（一）蝸桿傳動

1.蝸桿傳動的組成

在蝸桿傳動中主要由蝸輪蝸桿組成，其中蝸桿形如螺桿，有左旋和右旋、單頭和多頭之分。一般以蝸桿為主動件，蝸輪為從動件，用以傳遞空間交錯的兩軸之間的回轉(zhuǎn)運動和動力。通常兩軸交錯角為90°。

2.蝸桿傳動的傳動比

頭數(shù)為z1（螺旋線的數(shù)目）的蝸桿與齒數(shù)為z2的蝸輪組成的蝸桿傳動，當蝸桿轉(zhuǎn)一周時，蝸輪將轉(zhuǎn)z1個齒，即z1/z2周。所以蝸桿傳動比為：

通常蝸桿頭數(shù)為z1=1～4，蝸輪的齒數(shù)取為z2=28～80，因此蝸桿傳動的傳動比比齒輪傳動比大的多。

（二）蝸桿傳動的特點

蝸桿傳動結(jié)構(gòu)緊湊，能得到很大的單級傳動比，在傳遞動力時，傳動比一般為8～10，由于蝸桿上的齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，工作時蝸輪輪齒和蝸桿是逐漸進入嚙合并逐漸退出嚙合的，同時嚙合的齒數(shù)較多，所以傳動平穩(wěn)、噪聲小、沖擊振動小。當蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動具有自鎖性（即不能以蝸輪為主動件來帶動蝸桿）。因蝸輪和蝸桿在嚙合處有較大滑動，故在制造精度和傳動比相同的條件下，蝸桿傳動比齒輪傳動的發(fā)熱量大、傳動效率低，傳動效率一般為0.7～0.8。為減輕齒面的磨損及提高齒面抗膠合能力，蝸輪制造一般需要用貴重的減摩材料（如青銅），成本較高。

（三）蝸桿失效形式及常用材料

1.蝸桿失效形式

在蝸桿傳動中，由于材料及結(jié)構(gòu)等原因，蝸桿輪齒的強度高于蝸輪輪齒的強度，所以在一般情況下，失效常常發(fā)生在蝸輪輪齒上。其輪齒的失效形式和齒輪失效類似，有齒面點蝕、膠合、磨損和輪齒折斷等。由于蝸桿、蝸輪齒面間的相對滑動速度較大，且發(fā)熱量大效率低，當潤滑條件差及散熱不良時，閉式蝸桿傳動極易產(chǎn)生膠合現(xiàn)象。在潤滑油不清潔的閉式蝸桿傳動中，輪齒磨損是其主要失效形式。

2.蝸桿常用材料

由蝸桿傳動的失效形式可知，蝸桿、蝸輪的材料不僅要求具有足夠的強度，更重要的是應有良好的減摩性、耐磨性和抗膠合能力，為此常用青銅制作蝸輪齒圈與淬火磨削的鋼制蝸桿相配。蝸桿一般用碳鋼或合金鋼制造，要求表面粗糙度較高、硬度較高。蝸輪的常用材料為鑄錫青銅、鋁青銅、灰鑄鐵等。

（四）蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)

1.蝸桿結(jié)構(gòu)

由于蝸桿的直徑較小，通常和軸做成一個整體，如圖所示。

螺旋部分常用車削加工，也可用銑削加工。車削加工時需有退刀槽，因此剛性較差。

2.蝸輪結(jié)構(gòu)

蝸輪可做成整體式或組合式。

整體式蝸輪：整體式蝸輪主要用于鑄鐵蝸輪或直徑小于100mm的青銅蝸輪。

組合式蝸輪：為了節(jié)約貴重金屬，直徑較大的蝸輪常采用組合式結(jié)構(gòu)，齒圈由青銅材料制造，而輪芯用鑄鐵或鑄鋼制造。

（五）蝸桿傳動的潤滑安裝與維護

1.蝸桿傳動的潤滑

為了提高蝸桿傳動的效率，降低齒面工作溫度，避免膠合和減少磨損，對蝸桿傳動進行潤滑顯得十分重要。通常采用黏度較大的潤滑油，以防止金屬直接接觸，有利于形成動壓油膜，從而減小磨損、緩和沖擊，使傳動平穩(wěn)，提高傳動效率和蝸桿傳動的壽命。

潤滑油黏度與給油方法，一般根據(jù)蝸輪、蝸桿的相對滑動速度及載荷類型來選擇。

對閉式蝸桿傳動采用浸油潤滑時，在攪油損失不致過大的情況下，應使油池保持適當?shù)挠土浚岳仐U傳動的散熱。一般情況下，上置式蝸桿傳動的浸油深度約為蝸輪外徑的1/3，下置式蝸桿傳動的浸油深度約為蝸桿的一個齒高。

由于蝸桿傳動的效率低，發(fā)熱量大，如果不及時散熱，將使?jié)櫥蜏囟壬?，黏度降低，油膜破壞而引起潤滑失效，加劇齒面磨損，甚至引起齒面膠合，因此對閉式蝸桿傳動應進行熱平衡計算。

2.蝸桿傳動的安裝與維護

為保證蝸桿傳動的正確嚙合，安裝蝸桿傳動時，必須使蝸輪的中間平面通過蝸桿的軸線。

蝸輪的軸向安裝定位要求較高，裝配時必須能對蝸輪進行軸向位置的調(diào)整，通?？刹捎谜{(diào)整軸承蓋與軸承座之間的墊片厚度來調(diào)節(jié)蝸輪的軸向位置及軸承的間隙，也可以改變蝸輪與軸承之間的套桶的長度進行較大距離的調(diào)整，這兩種方法有時也聯(lián)用。為保證工作時蝸輪的中間平面不作軸向移動，蝸輪軸的支承不允許游動，必須采用兩端固定的支承方式。

由于蝸桿傳動發(fā)熱量大，蝸桿軸的支承跨距大，軸的熱伸長大，因此其支承常采用一端固定另一端游動的支承方式。對于支承傳動功率小、跨距較短（L≤300mm）的上置式蝸桿，或發(fā)熱量不大、間斷工作的蝸桿傳動，因蝸桿軸的熱伸長較小，此時也可采用兩端固定的支承方式。

為保證蝸桿傳動齒面接觸良好，裝配后應進行跑合。跑合時采用低速運轉(zhuǎn)（通常n1=50～100r/min），逐步加載至額定載荷后跑合1～5小時。如果發(fā)現(xiàn)有青銅粘在蝸桿齒面上，應立即停車，用細砂紙打去后再繼續(xù)跑合。跑合完畢后應清洗全部零件，更換潤滑油。

蝸桿傳動的維護很重要。由于蝸桿傳動的發(fā)熱量較大，應隨時觀察周圍的通風散熱條件是否良好。蝸桿傳動工作一段時間后應測試油溫，若油溫超過允許范圍應停機或改善散熱條件。應經(jīng)常檢查蝸輪面是否保持完好。

五、鏈傳動的組成與傳動比

（一）鏈傳動的組成

鏈傳動由分別裝在兩平行軸上的主動鏈輪、從動鏈輪和繞在鏈輪上的鏈條所組成。工作時，主動鏈輪傳動，依靠鏈條的鏈節(jié)與鏈輪齒的嚙合把運動和動力傳遞給從動鏈輪。

（二）鏈傳動的傳動比

設主動鏈輪、從動鏈輪的齒數(shù)分別為z1、z2，轉(zhuǎn)速分別為n1、n2，當主動鏈輪轉(zhuǎn)一個齒，鏈條就移動一個鏈接、從動鏈輪就被鏈條帶動轉(zhuǎn)一個齒。1分鐘內(nèi)，主動鏈輪、從動鏈輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)分別為z1·n1、z2·n2，兩者必相等，即z1·n1=z2·n2，所以

由此可知，鏈傳動的平均傳動比等于兩鏈輪齒數(shù)的反比。當主動鏈輪齒數(shù)z1小于從動鏈輪齒數(shù)z2時，i>1，為減速傳動；反之為增速傳動。

（三）鏈傳動的特點及類型

1.鏈傳動的特點

由于鏈傳動是具有中間繞性件的嚙合傳動，鏈條與鏈輪之間沒有相對滑動現(xiàn)象，因此能保證準確的傳動比，工作可靠，傳動效率高，一般可達0.95～0.97。

在傳遞相同動力時，鏈傳動的結(jié)構(gòu)比帶傳動緊湊，過載能力強。

鏈傳動張緊力小，作用在軸上壓力小。

鏈傳動對環(huán)境的適應性強，可在高溫、多塵、潮濕、有污染等惡劣環(huán)境中安全可靠地工作。

鏈傳動只能用于兩軸平行間的傳動，安裝時對兩鏈輪軸線的平行度要求較高。

由于鏈條是按折線繞在鏈輪上的、所以從動鏈輪的瞬時轉(zhuǎn)速不均勻，傳動的平穩(wěn)性較差，運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生附加動載荷、噪聲。

工作時，鏈條與鏈輪之間磨損較快，使得鏈條的節(jié)距增大造成跳齒、脫鏈現(xiàn)象。

鏈傳動不能用于急速反向的傳動中。

六、結(jié)語

本文主要就搖瓶機的相關(guān)故障情況及基本原理進行深入分析和研究，在實際研究過程中我們應當注重此類設備故障，通過深入分析來不斷改善和提升搖瓶機的效果。