制粒机主轴断裂的处理措施
1、问题的提出
制粒机主轴上安装大齿轮部位发生研轴现象,我们对大齿轮进行了扩孔,对主轴研磨部分进行了焊补(主轴材料为45钢,焊补前预热至约200℃,焊补后用生石灰保温),精车至要求尺寸。维修完成后,仅使用了7天,主轴发生了断裂事故,断裂部位即过渡圆弧部分。观察断口,在圆周上有深约2~3mm的黑色痕迹,应该是焊补时产生的微裂纹,此裂纹成为应力集中源,致使裂纹快速发展,导致主轴断裂。
2、原因分析与采取措施
2.1、观察断口
典型的单向弯曲疲劳断品:整个断面,有约60%的磨光区,约40%的灰色最后破断区,且在轴的外侧,疲劳核心发生在最后破断区的对侧,只有一个,仔细观察轴的断裂部位,过渡圆弧部分表面粗糙度较大,可看到清晰的刀纹,该刀纹即为应力集中源。
根据最后破断区在轴的外侧,以及疲劳核心只有一个的情况,我们认为,轴的应力集中程度较小,名义应力较低。
2.2、应力循环次数统计
根据设备运转记录,设备运转时间为16848小时,主轴转速为11转/分,则应力循环次数为11119680次,已经超过了一般疲劳极限的1×10(7)次。说明工作应力与材料的疲劳破坏应力极为接近,也进一步验证了【1】的结论。
2.3、轴的工作状况
该制粒机电动机型号为Y160L-4,15KW,减速机型号为JZQ500,速比23.34,输出轴上安装一个小齿轮,大齿轮通过12根M24的螺栓固定于盘体背面,大齿轮安装在主轴上,二者之间有一个键联接,形成一个悬臂梁结构,主轴与水平夹角约45°。
2.4、采取措施
经过分析,只要采取一些小措施,减小应力集中系数,消除降低主轴强度的因素,充分发挥材料的潜力,即可解决问题,具体措施如下:
(1)加大过渡部分的圆角,将圆角由R3加大到R8,应力集中系数由2.09降至1.51。
(2)原键槽过长,一直延伸至过渡圆角部分,根据传动系统的结构可知,该键联接不传递动力,轴转动的阻力,仅仅是滚动轴承的阻力,可以忽略不计。因此,我们将键槽外移60mm,避开过渡圆角部分。应力集中系数由1.51降低至1.0。
(3)降低过渡圆角部分的表面粗糙度,在该部位车削完成后,用120#砂布,将车削的刀纹全部磨掉。表面质量系数由0.95提高至1.0。
(4)将悬臂轴的直径由φ120mm,加大到φ123mm。
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