減速機(jī)高速軸的應(yīng)急修理

黃培杰

摘 要：減速機(jī)用于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或者執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間，起匹配轉(zhuǎn)速以及傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用是極為廣泛的。減速機(jī)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)很多領(lǐng)域的機(jī)械傳動(dòng)裝置，服務(wù)領(lǐng)域涉及非常廣泛，比如有色、冶金、煤炭、船舶、建材、電力、水利、工程機(jī)械及石化等行業(yè)。

關(guān)鍵詞：減速機(jī);高速軸;應(yīng)急修理

前言：減速機(jī)是最常見(jiàn)設(shè)備之一。其輸入端連接電動(dòng)機(jī)， 輸出端連接工作機(jī)。一般輸出端轉(zhuǎn)速低， 故障率低，而輸入端連接的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高。因此，輸入端高速軸的故障率相對(duì)較高。本文就高速軸出現(xiàn)的故障、原因及如何簡(jiǎn)便、快捷地修復(fù)進(jìn)行簡(jiǎn)述及探究。

1損壞原因及類(lèi)型

（1）高速軸與聯(lián)軸器的裝配不規(guī)范。高速軸與聯(lián)軸器的裝配一般為過(guò)渡配合， 高速軸通過(guò)鍵連接與聯(lián)軸器進(jìn)行裝配， 不允許有側(cè)間隙， 頂間隙按（D-t）+（0.20 ～ 0.50）mm即可。（2）沒(méi)有合理選擇鎖緊方法。減速機(jī)作為成品采購(gòu)，其高速軸配有并帽和鍵， 但這個(gè)并帽前面沒(méi)有防松墊圈， 只能通過(guò)鎖緊裝置， 才能發(fā)揮作用。鎖緊方法的探討：① 摩擦力防松的方法有雙螺母防松法和彈簧墊圈防松法。雙螺母的防松實(shí)用效果較好， 而彈簧墊圈防松方法因?yàn)楦咚佥S頸直徑變化較大，并帽隨之而變， 因此彈簧墊圈不易準(zhǔn)備。② 機(jī)械裝置防松法有開(kāi)口銷(xiāo)、帶翹墊圈、止動(dòng)墊圈和串聯(lián)鋼絲防松法。開(kāi)口銷(xiāo)防松法不適合減速機(jī)高速軸， 因?yàn)槲恢锰?串聯(lián)鋼絲防松法在高速軸無(wú)法使用;帶翹墊圈防松法因?yàn)殒i緊并帽不是軸的一部分， 往往高速軸連同電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)， 遇到制動(dòng)失靈后， 高速軸與并帽就可能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 而帶翹墊圈防松法是把翹墊圈嵌入并帽的槽里， 并帽松帶翹墊圈就松， 因此這種方法不可靠;止動(dòng)墊圈防松法效果較好， 因?yàn)樗菍⒏咚佥S的軸頸外螺紋上銑出一個(gè)凹槽， 墊圈的內(nèi)翹插入該槽內(nèi)墊圈， 外翹插入并帽開(kāi)的槽內(nèi)， 因此無(wú)論發(fā)生高速軸與并帽相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 止動(dòng)墊圈都可以防止軸與并帽的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生一個(gè)很大的阻力， 這種方法的缺點(diǎn)是工藝繁鎖。所以建議在一般情況下采用雙螺母防松法， 關(guān)鍵的重要崗位應(yīng)采用止動(dòng)墊圈防松法。（3）損壞的類(lèi)型：絲扣磨損、高速軸軸頸損壞、高速軸錐面損壞和高速軸軸承位置磨細(xì)。

2減速機(jī)高速軸的應(yīng)急修理

2.1堆焊。（1）堆焊的方法中有手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊和等離子弧焊4種。其中最常見(jiàn)的是手工電弧焊， 它具有使用靈活方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)、適合各種位置焊接的特點(diǎn)。

（2）中碳鋼的焊接性能分析。通常減速機(jī)高速軸所用材質(zhì)為45#中碳鋼， 由于中碳鋼含碳量比低碳鋼高， 所以焊接性能差， 其缺點(diǎn)如下：① 熱裂紋。由于含碳量高， 故產(chǎn)生熱裂紋傾向加大。② 近縫區(qū)冷裂紋。中碳鋼熱影響區(qū)容易產(chǎn)生低塑性的淬性組織。③ 氣孔。由于含碳量高， 所以對(duì)氣孔的敏感性增加， 這就要求焊接材料的脫氧性好、坡口及其邊緣要除油、銹、雜物等。焊條要嚴(yán)格按規(guī)定進(jìn)行烘烤。（3）中碳鋼手工電弧焊工藝要點(diǎn)。焊接時(shí)為了不出現(xiàn)熱裂紋、冷裂紋、氣孔等缺陷， 使工件具有良好的機(jī)械性能， 通常采取以下措施：① 盡量選用碳性低氫型焊條， 提高抗冷裂紋和熱裂紋性能。對(duì)于重要的中碳鋼焊件， 也可采用鉻鎳不銹鋼焊條， 其特點(diǎn)是不需預(yù)熱也不易產(chǎn)生冷裂紋。② 預(yù)熱是中碳鋼焊接時(shí)的主要措施：一般情況下預(yù)熱溫度為150 ～ 250 ℃， 對(duì)于厚度和鋼性很大的焊件， 預(yù)熱溫度可提高到250 ～ 400 ℃。③ 焊條使用前要烘干， 坡口及附近的油、銹要清除干凈。④ 對(duì)于多層焊的第1層焊縫， 在保證基本金屬熔透的情況下， 盡量采用小電流， 慢速施焊。⑤ 焊接過(guò)程中， 可錘擊焊縫， 使焊縫松弛， 以減小焊件殘余應(yīng)力。⑥ 工件焊完后， 必須緩冷或進(jìn)行高溫回火處理。

2.2堆焊后的光刀。高速軸焊件經(jīng)質(zhì)檢達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后， 進(jìn)行精加工機(jī)床找正光刀。

3案例分析

3.1本文減速機(jī)為立式平行軸雙級(jí)圓柱齒輪減速機(jī)，速比i=19.3，輸出轉(zhuǎn)矩T1 為3921N.m。攪拌器為錨式攪拌器，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為7640N.m。采用5—100Hz 變頻電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為1470r/min。攪拌器在安裝投用初期能正常平穩(wěn)工作。

3.2出現(xiàn)的問(wèn)題。在運(yùn)行約5 個(gè)月后，接連出現(xiàn)不明原因的異響。引起減速機(jī)異響的因素很多，如設(shè)計(jì)、制造安裝、運(yùn)行以及檢修等。經(jīng)檢查，異響來(lái)自減速機(jī)輸入端，在排除了常見(jiàn)的可能因素后，決定對(duì)減速機(jī)輸入端拆解檢查。檢查結(jié)果如下：（1） 宏觀斷口。宏觀斷口檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，輪齒的斷口主要由裂紋源及裂紋擴(kuò)展區(qū)和最后斷裂區(qū)組成。從斷裂源附近的斷口形貌可以看出，斷裂源位于斷齒大塊碎片的內(nèi)側(cè)，但是裂紋源不在齒的內(nèi)部，而是產(chǎn)生于齒下約30mm 處的軸內(nèi)。裂紋擴(kuò)展區(qū)存在明顯的放射線(xiàn)紋，許多部位隱約可以看見(jiàn)發(fā)亮的結(jié)晶狀斷口區(qū)域，斷裂區(qū)的斷口為纖維狀。（2）宏觀組織。首先，在斷裂源所在的部位截取低倍試樣，并用Stead 試劑浸蝕受檢表面以便檢驗(yàn)軸的鑄態(tài)枝晶情況。由浸蝕后的試樣可以看出齒廓處有一層2.5mm 厚的深色滲碳層，這是表面滲碳時(shí)形成的。此外，離齒頂約70mm 處存在著點(diǎn)狀偏析帶，偏析帶到齒頂之間的區(qū)域有明顯的枝晶結(jié)構(gòu)，基本保持了鑄態(tài)的形貌，幾乎沒(méi)有鍛造過(guò)程中被打碎的跡象。而偏析帶到軸心方向的區(qū)域枝晶特征不明顯。枝晶的存在說(shuō)明了鑄態(tài)組織未完全消除。由此可見(jiàn)，齒輪軸的鍛造比太低。其次，在穿過(guò)軸上的斷裂源截取垂直于軸心的橫截面試樣，進(jìn)行軸體的熱酸低倍檢驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，斷裂源的位置基本處于軸體的偏析帶內(nèi)為錠型偏析帶按GB/T1979‐2001 標(biāo)準(zhǔn)評(píng)為3 級(jí)。此外，齒輪軸上未發(fā)現(xiàn)氣泡、白點(diǎn)等冶金缺陷，而斷齒的加工粗糙度也符合設(shè)計(jì)要求，整個(gè)齒面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)加工缺陷。（3）顯微斷口分析。從斷口上的裂紋源區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)和最后斷裂區(qū)分別截取斷口試樣，在掃描電鏡下進(jìn)行顯微斷口分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)斷裂源處存在大量的非金屬夾雜質(zhì)，經(jīng)頻譜分析確定主要是一些成分復(fù)雜的硅酸鹽、尖晶石、硫化錳類(lèi)夾雜。斷裂源以外的區(qū)域均為準(zhǔn)解理斷口，其中許多部位存在二次裂紋。因此，輪齒折斷屬于典型的穿晶斷裂，其斷裂源為非金屬夾雜物。（4） 顯微組織分析上述斷口試樣的金相分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，斷裂源及其附近存在大量網(wǎng)狀和斷續(xù)網(wǎng)狀沿原始奧氏體晶界分布的非金屬夾雜物。軸體和齒內(nèi)的顯微組織為回火粒狀貝氏體+極少量鐵素體。對(duì)于20CrMnMo 鋼的調(diào)質(zhì)處理組織來(lái)說(shuō)這是正常的。滲碳層處的顯微組織大多為回火馬氏體+少量回火粒狀貝氏體及點(diǎn)狀碳化物，滲碳層表面還存在較嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物。