1、前言
    球磨機(jī)齒輪軸是選礦廠的主要機(jī)械備件，加工周期長(zhǎng)、費(fèi)用較高。齒輪軸性能的好壞直接影響著球磨機(jī)的整體性能，如果頻繁出現(xiàn)故障，不僅嚴(yán)重地影響選礦廠的正常生產(chǎn)，而且導(dǎo)致備件費(fèi)用居高不下。
酒鋼選礦廠∮3.2 m×3.1 m球磨機(jī)傳動(dòng)采用同步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪軸與球磨機(jī)外表面上的齒圈嚙合，帶動(dòng)球磨機(jī)工作的傳動(dòng)方式。同步電動(dòng)機(jī)與齒輪軸之間采用彈性聯(lián)接方式，電機(jī)型號(hào)TDMK600 - 24/2150、功率600 kW、轉(zhuǎn)速250 r/min。球磨機(jī)轉(zhuǎn)速l8r/min。齒輪軸采用38CrMnNi材質(zhì)，調(diào)質(zhì)處理后硬度HB =240一269，齒面火焰淬火硬度RC =35 ~38。齒輪軸的損壞形式主要有：齒輪軸從軸頸根部斷裂、齒輪軸從輪齒中部斷裂、輪齒磨損、齒輪軸與軸承配合面磨損。
富通新能源銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)設(shè)備。
2、齒輪軸從軸頸根部斷裂
2.1  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，宏觀塑性變形小，說(shuō)明脆性嚴(yán)重。
2.2 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。
2.3 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)行理化分析檢驗(yàn)。在斷口上由軸外圓向里截取金相顯微試樣，放在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)表層至里1.5 ~2 mm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雜雜物超標(biāo)／級(jí)，有疏松組織存在，嚴(yán)重地降低了軸的疲勞強(qiáng)度。
2.4 軸斷裂的原因
2.4.1 嚴(yán)重的應(yīng)力集中
    軸頸中200 mm處的軸肩過(guò)渡圓角過(guò)小(R角為3 mm)，軸在磨損后，進(jìn)行補(bǔ)焊時(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。
2.4.2 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)臒崽幚恚�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。
2.4.3 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)／標(biāo)，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。
2.4.4 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、起動(dòng)及多次重負(fù)荷沖擊時(shí)，軸容易產(chǎn)生裂紋而斷裂。
2.5 防止軸斷裂的方案
    (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R3 mm增大到R5 mm。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。
    (3),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)。
    (4)推廣動(dòng)靜壓主軸承技術(shù)。應(yīng)用動(dòng)靜壓軸承的球磨機(jī)啟動(dòng)前高壓油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)高壓油壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，球磨機(jī)將在壓力油作用下浮起，球磨機(jī)中空軸與主軸承被機(jī)械油隔開，啟動(dòng)力矩較傳統(tǒng)主軸承球磨機(jī)啟動(dòng)力矩大大減小。
    (5)推廣氣動(dòng)離合器技術(shù)。啟動(dòng)球磨機(jī)時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)而球磨機(jī)不動(dòng)，氣動(dòng)離合器抱閘緩慢將齒輪軸抱住，避免了沖擊。
3、齒輪軸從輪齒中部斷裂
3.1  受力分析
    ∮3.2 m×3.1 m球磨機(jī)齒輪軸主要受彎矩、扭矩作用。扭矩的危險(xiǎn)斷面在軸徑最細(xì)處，齒輪軸卻從中部直徑最大處斷裂，說(shuō)明齒輪軸在加工過(guò)程中存在缺陷。
3.2  防止軸斷裂的方案
    (1)齒輪軸毛坯加工完畢，進(jìn)行時(shí)效處理，消除內(nèi)部應(yīng)力。
    (2)齒輪軸加式完畢，進(jìn)行噴丸處理，增強(qiáng)表面的耐磨性。
4、齒輪軸輪齒磨損
4.1 輪齒磨損原因
    齒輪軸的輪齒表面硬度小于大齒圄的輪齒表面硬度，且長(zhǎng)期在較惡劣環(huán)境下滿負(fù)荷、重載工作，齒面經(jīng)常附著礦漿顆粒。因此齒輪軸的耐磨性能較難提高。粘著磨損、顆粒磨損及摩擦磨損是齒輪軸的主要磨損形式。
4.2防止齒輪軸輪齒磨損的方案
    (1)改善齒輪軸與大齒圈的嚙合條件，采用自動(dòng)噴霧潤(rùn)滑方式，噴射高黏度潤(rùn)滑油。
    (2)改善大齒圈與齒輪軸的密封方式，避免齒輪表面濺人礦漿。
    (3)對(duì)磨損的齒輪軸進(jìn)行修復(fù)。①常規(guī)修復(fù)：用手工電弧焊對(duì)輪齒表面進(jìn)行補(bǔ)焊，再上滾齒機(jī)對(duì)輪齒進(jìn)行加工。②FCM - KM技術(shù)修復(fù)：對(duì)輪齒表面進(jìn)行清理、澆鑄，由內(nèi)向外分別形成結(jié)合層、過(guò)渡層、工作層。結(jié)合層主要元素由C、Mn、Cr、B等組成，以珠光體為主，用以改變與原材質(zhì)的金相結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其結(jié)合部位的沖擊韌性，達(dá)到恢復(fù)尺寸和過(guò)渡硬化的目的。過(guò)度層主要元素由W、Mn、Cr、N等組成，目的是增強(qiáng)各層之間的融合性能，進(jìn)一步解決金屬與金屬之間的粘著磨損、摩擦磨損、顆粒磨損，起到既耐磨又減磨的作用。工作層以?shī)W氏體雙相耐磨合金為主，主要元素由Co、cr、Ti、W、Mn等組成，保證金屬的金相結(jié)構(gòu)有較高的抗高應(yīng)力磨損性能。使用FGM - KM技術(shù)修復(fù)過(guò)的中3.2 mx3.1 m球磨機(jī)齒輪軸實(shí)際使用周期與新齒輪軸接近。
5、齒輪軸與軸承配合面磨損
5.1 齒輪軸與軸承配臺(tái)面磨損原因
    球磨機(jī)齒輪軸長(zhǎng)期使用后，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)而使軸磨損加劇。一旦軸承“跑內(nèi)圈”，磨機(jī)傳動(dòng)振動(dòng)劇烈、同步機(jī)軸瓦竄動(dòng)，必須要停車檢修。
5.2 防止齒輪軸輪齒磨損的方案
    (1)軸與軸承選擇適當(dāng)?shù)呐浜稀］S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。應(yīng)該由過(guò)去的m6配合改為p6配合，從而避免軸承“跑內(nèi)圈”。
    (2)軸與軸承內(nèi)圈配合∮200mm軸頸處磨損量較小時(shí)（磨損深度小于0.5 mm），使用樂(lè)泰膠進(jìn)行修補(bǔ)效果較好。首先把軸面清洗干凈再用氣焊進(jìn)行吹掃。在軸表面均勻涂抹促進(jìn)劑7649，再抹上修補(bǔ)劑660．最后安裝上軸承。
    (3)軸與軸承內(nèi)圈配合中200 mm軸頸處磨損量較大時(shí)(磨損深度大于0.5 mm)只能用電焊或金屬噴涂方式進(jìn)行修補(bǔ)。電焊堆焊軸磨損面易造成齒輪軸使用時(shí)突然斷裂，不宜采用。使用金屬噴涂則可保持齒輪軸的熱處理性能穩(wěn)定、效果較好。
    (4)減小球磨機(jī)齒輪軸振動(dòng)量對(duì)于延長(zhǎng)齒輪軸使用壽命極為有利。
    除了上述幾方面工作外，酒鋼選礦廠在檢修時(shí)認(rèn)真調(diào)整裝配尺寸，使兩嚙合齒輪中心線平行度偏差量、齒輪副的側(cè)間隙、頂間隙、沿齒寬接觸面、沿齒高接觸面等裝配數(shù)據(jù)符合檢修標(biāo)準(zhǔn)。