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损坏原因及类型

（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。

3.3 问题分析。（1） 使用工况。该减速机应用于立式反应搅拌釜，采用锚式搅拌器，搅拌特性为中高黏度液体混合、传热反应。在生产过程中根据物料进量、反应器内温度、反应器内压力等随时调整搅拌转速。由于工艺上的需要，搅拌过程为不稳定状态，存在交变载荷。（2） 机械结构。减速机为立式安装，自上而下分别为电动机、减速机、机架、搅拌器。电动机输出轴通过套筒式联轴器与减速机输入轴直接相联，实际是电动机输出轴插入中空的减速机输人轴并用卡环夹紧的方式，属于套筒联轴器的一个变形，是刚性连接。减速机输出轴通过梅花形弹性联轴器与搅拌轴相连。套筒联轴器的结构简单，制造方便，成本较低，径向尺寸小，但装拆不方便，需使轴作轴向移动。适用于低速、轻载、无冲击载荷及工况平稳的两轴之间的联接。最大工作转速一般不超过250r/minx 套筒联轴器不具备轴向、径向和角向补偿性能。套筒式联轴器属于刚性联轴器，属于刚性联轴器的还有夹壳联轴器和凸缘联轴器等。设计人员在联轴器选型的过程中在搅拌轴与减速机输出轴之间选用了梅花形弹性联轴器。该联轴器具有补偿两轴相对偏移、减振、缓冲性能，径向尺寸小、结构简单不用润滑、承载能力高、维护方便、更换弹性元件需轴向移动，适用于联接同轴线、起动频繁、正反转变化、中速、中等转矩等传动轴系和要求工作可靠性高的工作部件。梅花形弹性联轴器具有很好的平衡性能和适用于高转速应用的能力，但不能处理很大的偏差，尤其是轴向偏差。较大的偏心和偏角会产生比其他伺服联轴器大的轴承负荷。搅拌轴上的交变载荷虽然通过梅花形弹性联轴器进行了平衡，但是事实证明这是不够的，由于微小的交变载荷的传递导致减速机输入轴轴承在连续运转之后出现轴承室磨损变大，进而使减速机一级减速齿轮在啮合的过程中出现受力不均匀，随着时间的累积最终导致一级减速大齿轮打齿事故的发生。拆解过程中还发现高速轴轴承出现润滑脂不足的现象，该处轴承型号为63142，因该轴承有侧面端盖，只需在安装时一次性加入足量的润滑脂，也因此轴承位置并没有预留加油孔，轴承缺油也加速了事故的发生。（3） 齿轮轴受力计算、分析齿轮轴支承位置和轴受载荷方向、大小以及作用点、载荷种类已明确，支点反力及弯矩可求得，进而按弯矩合成理论进行计算。将轴当作置于铰链支座上的梁，轴上零件传来的力作为集中力，其作用点取为零件轮缘宽度的中点。轴上转矩相应从轮毅宽度的中点计算，作用在轴上的各载荷不在同下平面内时，分解到两个相互垂直的平面上，然后分别求出两平面内的弯矩，再按失量合成法求得合成弯矩。

3.4解决方案。既然问题是由交变载荷的传递引起，解决方案就是缓解交变载荷对设备本体的影响。因刚性联轴器无法补偿生产过程中传递的交变载荷，所以需要对高速轴联轴器进行重新选型。经过与减速机生产厂家的沟通，决定将电动机与减速机输入轴之间的刚性联轴器改为梅花形弹性联轴器。改为弹性联轴器后电动机与减速机之间的空间需要加大以满足安装联轴器的需要，同时在设备使用现场应有足够的安装空间以适应这种改进。改进后，搅拌过程中产生的交变载荷大部分由搅拌轴与减速机之间的梅花形联轴器抵消，剩下的小部分由电动机与减速机之间的弹性联轴器抵消，有效地改善了减速机的运行环境。总之，在减速机运行过程中，一定要对高速轴齿的断齿问题进行有效的解决，因为只有对断齿问题进行了科学的解决，才能有效的保证减速机运行的正常，才能有效的避免同类事故再次发生，确保生产的有序进行。制造厂应加强对轴制造质量的控制，确保各项性能指标符合设计要求。建议热电厂对减速机低速齿轮轴进行表面无损检测。利用检修时机，定期对高速轴进行表面宏观检查和无损检测。轴加工所有工序完成后要对其加工部位每个尺寸进行复核，确保尺寸准确无误及键槽方向、宽度、深度和加工精度等符合尺寸要求，控制各部位尺寸偏差和加工精度，保证轴的各尺寸符合原图纸要求。在接轴过程中，首先对断轴轴孔部位预热至300～350 ℃，然后将对装新轴压入待装孔内进行组装对接，待温度降到200～250 ℃时，采用碱性低氢型焊条焊接，焊条使用前经300～350 ℃烘干，将焊缝沿圆周分为4 段，采用分层对称交错焊接，每层厚度3 mm左右，分多次施焊完成，每两次施焊完成，要停3～5 min冷却，以防止变形，焊接时要采用小电流，短电弧，快速焊接。

结束语：减速机高速轴的修复方法，就是在断轴侧钻孔用以前更换下来不用的减速机轴对其接轴，然后按减速机轴加工要求进行加工，即可达到使用目的。本次维修轴产生费用600 元，比更换新轴节约费用1 万余元，若采购新轴最快两个月计算，仅装载机上料产生费用约1600 元/班×3 台班/天×60 天=28.8万元。本次高速轴的修复为公司节约了一大笔费用，也为今后工作积累了经验。总之，在减速机运行过程中，一定要对高速轴问题进行有效的解决，因为只有对断齿问题进行了科学的解决，才能有效的保证减速机运行的正常，才能有效的避免同类事故再次发生，确保生产的有序进行。

参考文献：

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