4m寬皮帶傳動軸斷裂原因分析

于嘉偉

摘 要 本文介紹了燒結廠4 m布料寬皮帶傳動滾筒的使用情況，對雙輸入軸傳動滾筒的單側軸多次斷裂進行了理論分析。

關鍵詞 軸 斷裂 失效

八鋼煉鐵分公司燒結分廠兩條265m2燒結生產線分別于2006年11月和2008年10月投產，混合物料在燒結機臺車上的布料形式，都采用了擺動皮帶與4 m寬皮帶再加上多輥布料器三種設備組合的方式，改善了物料偏析，布料效果較好。但4 m寬皮帶在使用中曾多次發生雙輸入傳動滾筒軸斷裂的情況，本文就傳動滾筒輸入軸斷裂進行分析。

一、傳動軸斷裂失效原因分析

1.傳動軸的結構。4 m寬皮帶是變頻調速小角度下傾皮帶。輸送帶由尾部滾筒傳動，左右對稱雙輸入驅動。驅動減速機懸掛于軸上，通過法蘭與軸承座相連。傳動滾筒軸與減速機通過普通平鍵連接。數次軸斷裂位置都發生在Φ90與Φ105軸肩處，如圖1。

我們對比了這幾次傳動軸斷裂的斷面，發現軸幾次斷裂斷面有很大的相似性，初步推測是同一原因導致軸斷裂，失效斷面見圖2。

機械設計手冊中給出了階梯軸設計是軸肩倒角和圓角的推薦值見表1，而此軸Φ90與Φ105軸肩處基本無圓角，直接導致軸肩處產生應力集中。從圖1來看Φ90與Φ105軸肩也是直徑最小的部位，此處是整個軸的危險截面，應力集中最大。

設計制造為了減輕重量，傳動滾筒的兩個傳動軸相對獨立，沒有采用通軸，而是與筒體通過與輻板焊接連接。這在一定程度上減小了軸的剛度，兩側軸的同軸度和直線度容易喪失，而軸在滾筒的重力和減速器軸孔的約束下也更容易發生彎曲彈性變形。我們將斷面圖與疲勞斷口形貌示意圖對照進行對照，斷面與圖表中大應力集中的旋轉彎曲失效形式吻合度很高，見表2。

3.軸斷裂的改進措施。（1）軸肩處必須嚴格按照零件倒角C與圓角半徑R的推薦值制造，圓角直徑不小于機械設計手冊推薦值，從軸的結構設計上減小軸肩處的應力集中。（2）將軸與滾筒的連接由單輻板焊接改成雙輻板焊接，提高軸在使用中的剛度。制造過程中，必須遵循先焊接后車軸的工序，嚴格控制兩側軸的同軸度。（3）該軸的扭轉剪切強度已經非常接近調質40Cr的扭轉疲勞極限值，為保證原有減速器能在改進滾筒之后繼續使用，建議制造廠使用扭轉疲勞極限值更高的材料來制造傳動軸。

二、結束語

從以上分析、校核計算結果看，已基本確定4m寬皮帶傳動軸斷裂的原因。通過與制造廠的溝通，軸斷裂的問題已得到解決。寬皮帶的穩定運行降低了設備維護成本，為八鋼265 ㎡燒結產線的順利運行創造了有利條件。

參考文獻

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