球磨機(jī)是水泥生產(chǎn)企業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備，其軸性能的好壞直接影響著球磨機(jī)的整體性能，一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)嚴(yán)重地影響水泥廠(chǎng)的正常生產(chǎn)。下面對(duì)大同市永和某公司的1.8m×7m球磨機(jī)小齒輪軸的斷裂加以分析。
1、小齒輪軸的斷裂分析
    該球磨機(jī)電機(jī)功率為245kW，轉(zhuǎn)速750r/min，經(jīng)一級(jí)齒輪減速器(速比4.5)帶動(dòng)小齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪與研磨機(jī)外表面上的齒圈嚙合，帶動(dòng)研磨機(jī)工作。小齒輪軸采用40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，斷裂處位于動(dòng)力輸入端軸頸的根部，見(jiàn)圖1。
   富通新能源銷(xiāo)售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)、雷蒙磨配件等機(jī)械設(shè)備。
    (1)軸的斷口分析。軸的斷口呈暗灰色，有裂紋且呈放射狀，在其中心部位，斷口比較齊整，顏色較亮。由斷口形貌可確定斷裂源在軸橫截面外圓環(huán)區(qū)內(nèi)，裂紋起源于焊接過(guò)渡圓角處，此處為應(yīng)力集中源，軸的芯部為高速瞬斷區(qū)，瞬斷區(qū)的前部即為疲勞擴(kuò)展區(qū)，在該區(qū)明顯看到有波紋線(xiàn)，宏觀(guān)塑性變形很小，說(shuō)明脆性嚴(yán)重。
    (2)軸的力學(xué)分析。由斷口分析可知，軸為疲勞斷裂。通過(guò)用安全系數(shù)法對(duì)軸進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核，發(fā)現(xiàn)其疲勞強(qiáng)度足夠，所以造成軸疲勞斷裂可能是材質(zhì)不均或其它原因。
    (3)軸的理化檢驗(yàn)與分析。為了進(jìn)一步分析軸斷裂的原因，還需進(jìn)行理化檢驗(yàn)。在斷口上由軸外圓向里截取金相顯微試樣，放在顯微鏡下觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)表層至里1.5～2mm是一層枝晶狀鐵素體夾少量珠光體，它是焊條焊接后未經(jīng)過(guò)適當(dāng)熱處理的原始組織，其沖擊韌度值與設(shè)計(jì)規(guī)范值相差甚遠(yuǎn)，再向里有比較粗大的珠光體和鐵素體晶粒，它是由材料過(guò)熱所致，造成其機(jī)械性能下降，特別是沖擊韌性下降。按技術(shù)條件，該軸進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，金相組織應(yīng)為回火索氏體，但結(jié)果不符，說(shuō)明熱處理工藝沒(méi)有達(dá)到技術(shù)要求，并且脆性?shī)A雜物超級(jí)，有疏松組織存在，嚴(yán)重地降低了軸的疲勞強(qiáng)度。
2、軸斷裂的原因
    (1)嚴(yán)重的應(yīng)力集中。軸頸∮160m處的軸肩過(guò)渡圓角過(guò)小(R角為3.5mm)，軸在磨損后，進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)時(shí)，破壞了原有軸肩過(guò)渡“R”角的形狀，幾乎無(wú)過(guò)渡圓角，呈直角，此處存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中，在彎扭應(yīng)力作用下產(chǎn)生疲勞裂紋，這是軸斷裂的主要原因。
    (2)焊接殘余應(yīng)力大。通過(guò)對(duì)軸斷口的金相組織分析可知，軸的焊接部分未進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚�，焊接殘余�?yīng)力較大，導(dǎo)致軸抗交變應(yīng)力下降，一旦遇上振動(dòng)，極易產(chǎn)生裂紋。
    (3)材質(zhì)的缺陷。由軸的理化檢驗(yàn)和分析可知，軸的材質(zhì)有疏松組織，夾雜物超級(jí)，堆焊修理后未能進(jìn)行適當(dāng)熱處理，未能改善組織和補(bǔ)償缺陷，從而軸的金相組織未能達(dá)到調(diào)質(zhì)處理的回火索氏體，使得沖擊韌度值過(guò)低，軸在交變載荷作用下，裂紋以很快的速度擴(kuò)展到芯部，最后全部斷裂。
    (4)軸與軸承配合間隙大。經(jīng)檢測(cè)，∮160m軸頸處加工偏差大，使得軸與軸承內(nèi)圈配合較松，造成軸與軸承內(nèi)圈相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即跑內(nèi)圈，并引起軸承內(nèi)圈在軸上滑動(dòng)而使軸磨損，這也是導(dǎo)致軸磨損和斷裂的另一個(gè)主要因素。
    (5)負(fù)荷過(guò)大。齒輪軸工作時(shí)，承受較大的彎矩和扭矩，同時(shí)還存在附加動(dòng)負(fù)荷，一旦遇到振動(dòng)、過(guò)載、突然起動(dòng)和制動(dòng)及多次重負(fù)荷沖擊時(shí)，軸容易產(chǎn)生裂紋而斷裂。
3、防止軸斷裂的對(duì)策
    (1)加大過(guò)渡圓角，以減小應(yīng)力集中。過(guò)渡圓角由原先的R 3.5mm增大到R5mm。此外，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)軸磨損，就馬上進(jìn)行修復(fù)，在修復(fù)過(guò)程中要把好軸過(guò)渡圓角的關(guān)，使其與設(shè)計(jì)圖紙相符。
    (2)軸與軸承選擇適當(dāng)?shù)呐浜�。軸與軸承的配合不能太松也不能太緊，太松會(huì)引起軸承內(nèi)圈在軸上滑動(dòng)而使配合面磨損，相反過(guò)盈量太大，應(yīng)力集中就會(huì)增加，使軸的疲勞強(qiáng)度降低�，F(xiàn)在由過(guò)去的m6配合改為p6配合，此后從未發(fā)現(xiàn)軸承跑內(nèi)圈。
    (3)軸從加工到安裝要嚴(yán)格按圖紙要求，探傷檢查鍛造質(zhì)量，采用正確的調(diào)質(zhì)處理，以保證良好的金相組織。為了提高軸頸的耐磨性，還應(yīng)對(duì)軸頸處進(jìn)行高頻表面淬火和低溫回火處理，并嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程。
    (4)嚴(yán)禁球磨機(jī)過(guò)載和沖擊振動(dòng)，加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，定期檢查齒輪和軸承的運(yùn)行狀況，一旦發(fā)現(xiàn)軸承跑內(nèi)圈，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。
    經(jīng)以上措施改進(jìn)后的齒輪軸現(xiàn)己運(yùn)行近兩年，運(yùn)行效果良好，未發(fā)生斷軸事故。實(shí)踐證實(shí)了對(duì)齒輪軸斷裂原因的分析和采取相應(yīng)的措施是正確的。