JLP250減速機行星輪開裂原因分析

王占光，劉月梅

（焦作堅固水泥有限公司，河南 焦作 454002）

0 引 言

當今，立磨已成為水泥企業主要粉磨設備，多用于生料和煤粉粉磨，其運行的好壞直接影響企業效益，重要程度不言而喻。但近些年來，立磨減速機事故頻發，特別是行星機構中的行星輪斷齒、開裂事故經常發生，直接影響生產和企業效益?，F就JLP250減速機行星輪開裂的原因進行分析，望能對制造廠家和使用單位起到借鑒作用。

1 JLP250B立磨減速機的運行情況及基本參數

JLP250減速機，裝機容量2 500kW，速比33.01，輸入轉速990r/min。該機2013年10月投運，運行起初，除因原料易磨性及操作熟練程度影響振動較大外，其它時間一直運行良好，振動速度一直在3.5mm/s以下，運行功率保持在2 000kW以內，即使在振動跳停的情況下，也未出現過超載現象。

2017年8月15日，在立磨的一角發現有激震現象，兩天后又消失，由于當時振動參數均未超限，也沒有引起重視；8月27日，中控人員發現減速機進軸處水平振動由平時的2.1mm/s增大到3mm/s，遂將輥壓由7.5MPa降到5.5MPa減產運行，沒有料到7h后，總降跳閘，全廠停電，經檢查發現生料磨減速機已經卡死，分析認為減速機故障致使電機堵轉所致。

2 JLP250B減速機的損壞情況

2.1 損壞情況介紹

將減速機拉出，從上往下打開，發現四個行星輪的兩個已經粉碎性開裂；一個裂成兩半，一個出現裂紋，內齒圈斷齒數個，太陽輪斷齒3 個；行星輪軸承均已散架損壞，個別滾動體也裂為兩半，見圖1一組照片。

圖1 JLP250減速機行星輪開裂組圖

從照片上可以看出，太陽輪、內齒圈、軸承損壞的斷口，均為新口，表面粗糙，漏出金屬光澤。行星輪的斷口，部分光滑發暗，居齒輪內側，但沒有明顯的貝殼紋；部分粗糙，居齒輪外側，有金屬光澤。行星輪內孔與軸承外套接觸部分有明顯的相對滑動造成的拉傷痕跡，溝深0.2mm左右，顏色發藍清晰。

2.2 減速機損壞原因的表觀分析

從行星輪的斷口形式分析，發暗說明曾經遇到過高溫，且伴隨有潤滑油中極壓劑的沉積斷口，發藍說明在斷裂過程中有大量的熱量生成，造成金屬變色；光滑且沒有明顯的貝殼紋，符合脆性材料疲勞斷裂特征；行星輪的新鮮斷口，應為裂紋發展到一定程度，剩余部分超過強度極限而造成的突然斷裂。

從減速機的其它部件即內齒圈、太陽輪的損壞斷口看，全為新口，應為突然過載，造成的突然斷裂，可以理解為行星輪斷裂碎片擠壓所致，從圖片中看到斷齒周邊擠壓的金屬碎片，也就證明了這一點。軸承的散架與變色，說明軸承曾經發過熱，也有運轉不靈活的經歷，軸承內外套及個別滾動體開裂及表現出的新鮮斷口，分析認為是齒輪斷裂后擠壓所致。

3 行星輪的受力分析及應力計算

3.1 減速機零部件的基本參數

減速機型號JLP250B，裝配功率2 500kW；高速軸轉速990r/min；減速機速比33.033 3

一級螺旋傘小齒輪齒數Z1.1＝22

一級大傘齒輪齒數Z1.2＝46

二級小齒輪齒數Z2.1＝22

二級大齒輪齒數Z2.2＝69

三級太陽輪齒數Z3.1＝27；m＝14，分度圓直徑d5=378mm＝0.378m

行星輪（4件）Z3.2＝41，m＝14，分度圓直徑d6=574mm＝0.574m

內齒圈Z3.3＝109，m＝14，分度圓直徑d7＝1 526mm＝1.256m

i1＝46/22＝2.091；

i2＝69/22＝3.136 4；

i3＝109/27+1＝5.037 0；

行星輪太陽輪中心距476mm。

3.2 行星輪的受力分析

首先，在太陽輪的推動下運轉，受到周向力和徑向力的作用；其二，與內齒圈嚙合，內齒圈的周向和徑向反力作用其上；其三，行輪軸作用其上的索引力。

（1）行星輪的周向力。

太陽輪扭矩

＝9 550×2 500/990×i1×i2=158 158.91（N.m）

F周=0.25×158 158.91/（0.5×0.378）

=209 104.91（N）

=21 239.08（kg）

測得行星輪齒寬330mm，壁厚50mm。

則行星輪壁上應力為：

21 239.08/5/33=128.72（kg/cm2）

（2）行星輪軸牽引力。

行星轉架的扭矩：

9 550×2 500/990×33.01=796 074.49（N.m）

=80 819.75（kg.m）

行星輪與太陽輪的中心距：

（27+41）×14/2=476（mm）

每個行星輪軸的牽引力：

80 819.75×0.25/0.476=42 447.35（kg）

行星輪壁的應力：

42 447.35/5/33=257.26（kg/cm2）

（3）行星輪內壁與軸承溫差60℃時對行星輪內壁的熱漲應力：

行星輪內壁與軸承溫差40℃時對行星輪內壁的熱應力：

式中：2.1×1 000 000為鋼的彈性模量，0.000 001 2為鋼的熱脹系數。

看起來軸承與行星輪內壁溫差較大時，行星輪內壁會因軸承的熱漲產生很大的拉應力。

綜合：軸承與行星輪溫差40℃時，行星輪內壁應力等于128.72+385.95+1 008=1 393.95（kg/cm2）。

軸承與行星輪溫差在60℃時，行星輪內壁應力等于128.72+385.95+1 512=1 897.95（kg/cm2）。

4 行星輪開裂的原因分析

（1）在撇開其它因素的情況下，行星輪壁的正常應力很小，不足以造成行星輪壁的開裂。

（2）在撇開其它因素的情況下，軸承與行星輪壁的溫差較大時，能夠產生很大的拉應力，因為齒輪的需用應力一般選取1 500kg/cm2，所以當齒輪與軸承的溫差＞40℃時，其產生的熱漲力將會把齒輪撐裂。

（3）在材料及制造方面或許存在微裂紋，會在脈沖負荷的作用下，使裂紋擴張。

（4）當輪壁溫度較大時，快速冷卻也會使輪壁內側因急劇收縮產生表面裂紋。