减速机高速轴的应急修理

黄培杰

摘 要：减速机用于原动机和工作机或者执行机构之间，起匹配转速以及传递转矩的作用。在现代机械中应用是极为广泛的。减速机是国民经济很多领域的机械传动装置，服务领域涉及非常广泛，比如有色、冶金、煤炭、船舶、建材、电力、水利、工程机械及石化等行业。

关键词：减速机;高速轴;应急修理

前言：减速机是最常见设备之一。其输入端连接电动机， 输出端连接工作机。一般输出端转速低， 故障率低，而输入端连接的电动机转速高。因此，输入端高速轴的故障率相对较高。本文就高速轴出现的故障、原因及如何简便、快捷地修复进行简述及探究。

1損坏原因及类型

（1）高速轴与联轴器的装配不规范。高速轴与联轴器的装配一般为过渡配合， 高速轴通过键连接与联轴器进行装配， 不允许有侧间隙， 顶间隙按（D-t）+（0.20 ～ 0.50）mm即可。（2）没有合理选择锁紧方法。减速机作为成品采购，其高速轴配有并帽和键， 但这个并帽前面没有防松垫圈， 只能通过锁紧装置， 才能发挥作用。锁紧方法的探讨：① 摩擦力防松的方法有双螺母防松法和弹簧垫圈防松法。双螺母的防松实用效果较好， 而弹簧垫圈防松方法因为高速轴颈直径变化较大，并帽随之而变， 因此弹簧垫圈不易准备。② 机械装置防松法有开口销、带翘垫圈、止动垫圈和串联钢丝防松法。开口销防松法不适合减速机高速轴， 因为位置太小;串联钢丝防松法在高速轴无法使用;带翘垫圈防松法因为锁紧并帽不是轴的一部分， 往往高速轴连同电动机高速运转， 遇到制动失灵后， 高速轴与并帽就可能产生相对运动， 而带翘垫圈防松法是把翘垫圈嵌入并帽的槽里， 并帽松带翘垫圈就松， 因此这种方法不可靠;止动垫圈防松法效果较好， 因为它是将高速轴的轴颈外螺纹上铣出一个凹槽， 垫圈的内翘插入该槽内垫圈， 外翘插入并帽开的槽内， 因此无论发生高速轴与并帽相对运动， 止动垫圈都可以防止轴与并帽的相对运动，并产生一个很大的阻力， 这种方法的缺点是工艺繁锁。所以建议在一般情况下采用双螺母防松法， 关键的重要岗位应采用止动垫圈防松法。（3）损坏的类型：丝扣磨损、高速轴轴颈损坏、高速轴锥面损坏和高速轴轴承位置磨细。

2减速机高速轴的应急修理

2.1堆焊。（1）堆焊的方法中有手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和等离子弧焊4种。其中最常见的是手工电弧焊， 它具有使用灵活方便、设备简单、适用性强、适合各种位置焊接的特点。

（2）中碳钢的焊接性能分析。通常减速机高速轴所用材质为45#中碳钢， 由于中碳钢含碳量比低碳钢高， 所以焊接性能差， 其缺点如下：① 热裂纹。由于含碳量高， 故产生热裂纹倾向加大。② 近缝区冷裂纹。中碳钢热影响区容易产生低塑性的淬性组织。③ 气孔。由于含碳量高， 所以对气孔的敏感性增加， 这就要求焊接材料的脱氧性好、坡口及其边缘要除油、锈、杂物等。焊条要严格按规定进行烘烤。（3）中碳钢手工电弧焊工艺要点。焊接时为了不出现热裂纹、冷裂纹、气孔等缺陷， 使工件具有良好的机械性能， 通常采取以下措施：① 尽量选用碳性低氢型焊条， 提高抗冷裂纹和热裂纹性能。对于重要的中碳钢焊件， 也可采用铬镍不锈钢焊条， 其特点是不需预热也不易产生冷裂纹。② 预热是中碳钢焊接时的主要措施：一般情况下预热温度为150 ～ 250 ℃， 对于厚度和钢性很大的焊件， 预热温度可提高到250 ～ 400 ℃。③ 焊条使用前要烘干， 坡口及附近的油、锈要清除干净。④ 对于多层焊的第1层焊缝， 在保证基本金属熔透的情况下， 尽量采用小电流， 慢速施焊。⑤ 焊接过程中， 可锤击焊缝， 使焊缝松弛， 以减小焊件残余应力。⑥ 工件焊完后， 必须缓冷或进行高温回火处理。

2.2堆焊后的光刀。高速轴焊件经质检达到技术标准后， 进行精加工机床找正光刀。

3案例分析

3.1本文减速机为立式平行轴双级圆柱齿轮减速机，速比i=19.3，输出转矩T1 为3921N.m。搅拌器为锚式搅拌器，起动转矩为7640N.m。采用5—100Hz 变频电动机，转速为1470r/min。搅拌器在安装投用初期能正常平稳工作。

3.2出现的问题。在运行约5 个月后，接连出现不明原因的异响。引起减速机异响的因素很多，如设计、制造安装、运行以及检修等。经检查，异响来自减速机输入端，在排除了常见的可能因素后，决定对减速机输入端拆解检查。检查结果如下：（1） 宏观断口。宏观断口检验发现，轮齿的断口主要由裂纹源及裂纹扩展区和最后断裂区组成。从断裂源附近的断口形貌可以看出，断裂源位于断齿大块碎片的内侧，但是裂纹源不在齿的内部，而是产生于齿下约30mm 处的轴内。裂纹扩展区存在明显的放射线纹，许多部位隐约可以看见发亮的结晶状断口区域，断裂区的断口为纤维状。（2）宏观组织。首先，在断裂源所在的部位截取低倍试样，并用Stead 试剂浸蚀受检表面以便检验轴的铸态枝晶情况。由浸蚀后的试样可以看出齿廓处有一层2.5mm 厚的深色渗碳层，这是表面渗碳时形成的。此外，离齿顶约70mm 处存在着点状偏析带，偏析带到齿顶之间的区域有明显的枝晶结构，基本保持了铸态的形貌，几乎没有锻造过程中被打碎的迹象。而偏析带到轴心方向的区域枝晶特征不明显。枝晶的存在说明了铸态组织未完全消除。由此可见，齿轮轴的锻造比太低。其次，在穿过轴上的断裂源截取垂直于轴心的横截面试样，进行轴体的热酸低倍检验。结果发现，断裂源的位置基本处于轴体的偏析带内为锭型偏析带按GB/T1979‐2001 标准评为3 级。此外，齿轮轴上未发现气泡、白点等冶金缺陷，而断齿的加工粗糙度也符合设计要求，整个齿面没有发现加工缺陷。（3）显微断口分析。从断口上的裂纹源区、裂纹扩展区和最后断裂区分别截取断口试样，在扫描电镜下进行显微断口分析。结果发现断裂源处存在大量的非金属夹杂质，经频谱分析确定主要是一些成分复杂的硅酸盐、尖晶石、硫化锰类夹杂。断裂源以外的区域均为准解理断口，其中许多部位存在二次裂纹。因此，轮齿折断属于典型的穿晶断裂，其断裂源为非金属夹杂物。（4） 显微组织分析上述断口试样的金相分析结果发现，断裂源及其附近存在大量网状和断续网状沿原始奥氏体晶界分布的非金属夹杂物。轴体和齿内的显微组织为回火粒状贝氏体+极少量铁素体。对于20CrMnMo 钢的调质处理组织来说这是正常的。渗碳层处的显微组织大多为回火马氏体+少量回火粒状贝氏体及点状碳化物，渗碳层表面还存在较严重的网状碳化物。