減速機高速軸的應急修理

黃培杰

摘 要：減速機用于原動機和工作機或者執行機構之間，起匹配轉速以及傳遞轉矩的作用。在現代機械中應用是極為廣泛的。減速機是國民經濟很多領域的機械傳動裝置，服務領域涉及非常廣泛，比如有色、冶金、煤炭、船舶、建材、電力、水利、工程機械及石化等行業。

關鍵詞：減速機;高速軸;應急修理

前言：減速機是最常見設備之一。其輸入端連接電動機， 輸出端連接工作機。一般輸出端轉速低， 故障率低，而輸入端連接的電動機轉速高。因此，輸入端高速軸的故障率相對較高。本文就高速軸出現的故障、原因及如何簡便、快捷地修復進行簡述及探究。

1損壞原因及類型

（1）高速軸與聯軸器的裝配不規范。高速軸與聯軸器的裝配一般為過渡配合， 高速軸通過鍵連接與聯軸器進行裝配， 不允許有側間隙， 頂間隙按（D-t）+（0.20 ～ 0.50）mm即可。（2）沒有合理選擇鎖緊方法。減速機作為成品采購，其高速軸配有并帽和鍵， 但這個并帽前面沒有防松墊圈， 只能通過鎖緊裝置， 才能發揮作用。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。雙螺母的防松實用效果較好， 而彈簧墊圈防松方法因為高速軸頸直徑變化較大，并帽隨之而變， 因此彈簧墊圈不易準備。② 機械裝置防松法有開口銷、帶翹墊圈、止動墊圈和串聯鋼絲防松法。開口銷防松法不適合減速機高速軸， 因為位置太小;串聯鋼絲防松法在高速軸無法使用;帶翹墊圈防松法因為鎖緊并帽不是軸的一部分， 往往高速軸連同電動機高速運轉， 遇到制動失靈后， 高速軸與并帽就可能產生相對運動， 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;止動墊圈防松法效果較好， 因為它是將高速軸的軸頸外螺紋上銑出一個凹槽， 墊圈的內翹插入該槽內墊圈， 外翹插入并帽開的槽內， 因此無論發生高速軸與并帽相對運動， 止動墊圈都可以防止軸與并帽的相對運動，并產生一個很大的阻力， 這種方法的缺點是工藝繁鎖。所以建議在一般情況下采用雙螺母防松法， 關鍵的重要崗位應采用止動墊圈防松法。（3）損壞的類型：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。

2減速機高速軸的應急修理

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

（2）中碳鋼的焊接性能分析。通常減速機高速軸所用材質為45#中碳鋼， 由于中碳鋼含碳量比低碳鋼高， 所以焊接性能差， 其缺點如下：① 熱裂紋。由于含碳量高， 故產生熱裂紋傾向加大。② 近縫區冷裂紋。中碳鋼熱影響區容易產生低塑性的淬性組織。③ 氣孔。由于含碳量高， 所以對氣孔的敏感性增加， 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。焊條要嚴格按規定進行烘烤。（3）中碳鋼手工電弧焊工藝要點。焊接時為了不出現熱裂紋、冷裂紋、氣孔等缺陷， 使工件具有良好的機械性能， 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。對于重要的中碳鋼焊件， 也可采用鉻鎳不銹鋼焊條， 其特點是不需預熱也不易產生冷裂紋。② 預熱是中碳鋼焊接時的主要措施：一般情況下預熱溫度為150 ～ 250 ℃， 對于厚度和鋼性很大的焊件， 預熱溫度可提高到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 焊接過程中， 可錘擊焊縫， 使焊縫松弛， 以減小焊件殘余應力。⑥ 工件焊完后， 必須緩冷或進行高溫回火處理。

2.2堆焊后的光刀。高速軸焊件經質檢達到技術標準后， 進行精加工機床找正光刀。

3案例分析

3.1本文減速機為立式平行軸雙級圓柱齒輪減速機，速比i=19.3，輸出轉矩T1 為3921N.m。攪拌器為錨式攪拌器，起動轉矩為7640N.m。采用5—100Hz 變頻電動機，轉速為1470r/min。攪拌器在安裝投用初期能正常平穩工作。

3.2出現的問題。在運行約5 個月后，接連出現不明原因的異響。引起減速機異響的因素很多，如設計、制造安裝、運行以及檢修等。經檢查，異響來自減速機輸入端，在排除了常見的可能因素后，決定對減速機輸入端拆解檢查。檢查結果如下：（1） 宏觀斷口。宏觀斷口檢驗發現，輪齒的斷口主要由裂紋源及裂紋擴展區和最后斷裂區組成。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側，但是裂紋源不在齒的內部，而是產生于齒下約30mm 處的軸內。裂紋擴展區存在明顯的放射線紋，許多部位隱約可以看見發亮的結晶狀斷口區域，斷裂區的斷口為纖維狀。（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軸的鑄態枝晶情況。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，這是表面滲碳時形成的。此外，離齒頂約70mm 處存在著點狀偏析帶，偏析帶到齒頂之間的區域有明顯的枝晶結構，基本保持了鑄態的形貌，幾乎沒有鍛造過程中被打碎的跡象。而偏析帶到軸心方向的區域枝晶特征不明顯。枝晶的存在說明了鑄態組織未完全消除。由此可見，齒輪軸的鍛造比太低。其次，在穿過軸上的斷裂源截取垂直于軸心的橫截面試樣，進行軸體的熱酸低倍檢驗。結果發現，斷裂源的位置基本處于軸體的偏析帶內為錠型偏析帶按GB/T1979‐2001 標準評為3 級。此外，齒輪軸上未發現氣泡、白點等冶金缺陷，而斷齒的加工粗糙度也符合設計要求，整個齒面沒有發現加工缺陷。（3）顯微斷口分析。從斷口上的裂紋源區、裂紋擴展區和最后斷裂區分別截取斷口試樣，在掃描電鏡下進行顯微斷口分析。結果發現斷裂源處存在大量的非金屬夾雜質，經頻譜分析確定主要是一些成分復雜的硅酸鹽、尖晶石、硫化錳類夾雜。斷裂源以外的區域均為準解理斷口，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果發現，斷裂源及其附近存在大量網狀和斷續網狀沿原始奧氏體晶界分布的非金屬夾雜物。軸體和齒內的顯微組織為回火粒狀貝氏體+極少量鐵素體。對于20CrMnMo 鋼的調質處理組織來說這是正常的。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狀碳化物，滲碳層表面還存在較嚴重的網狀碳化物。