朱慶中

（安徽省楚源工貿(mào)有限公司 安徽淮南）

一、引言

公司錨網(wǎng)廠有3臺焊網(wǎng)機(jī)，其中1臺焊網(wǎng)機(jī)型號GWC1700，焊接鋼筋網(wǎng)最大寬度1700 mm，網(wǎng)格尺寸縱向最小80 mm，橫向最小 25 mm，焊接鋼筋直徑，縱筋 6～8 mm，橫筋6～10 mm。具有22個(gè)焊點(diǎn)，焊接頻率40次/min。PLC編程控制，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。每天24 h連續(xù)運(yùn)行，每年運(yùn)行約350 d。運(yùn)行不到1年時(shí)間內(nèi)，發(fā)生過2次拉網(wǎng)小車軸斷裂事故，對生產(chǎn)影響較大。

傳動(dòng)軸配套SEW公司的變速箱，型號KH67B/A。變速箱由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)為奧地利貝克萊公司生產(chǎn)，型號8LSA74.E2030D000-0。伺服電機(jī)的扭矩通過伺服變速箱的鎖緊盤傳遞給傳動(dòng)軸，帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)軸直徑40 mm，材料40Cr調(diào)質(zhì)處理。軸結(jié)構(gòu)采用3段式設(shè)計(jì)，法蘭連接，帶座外球面球軸承（UCF208）支承定位，圓柱齒輪驅(qū)動(dòng)拉網(wǎng)小車。2次斷裂均發(fā)生在中間一段且靠近伺服變速箱處。

二、軸斷裂面的分析

從宏觀分析可以看出，斷口沒有具體的塑性變形如韌窩等，屬脆性斷裂。外貌表現(xiàn)出同一性，端口表面呈明顯的山脊?fàn)罨樱遗c軸中心線成45°夾角。表面規(guī)則，金屬組織正常，沒有夾雜物，可斷定軸斷裂的原因應(yīng)屬于扭轉(zhuǎn)疲勞造成的斷裂失效。細(xì)微分析，斷面可分為3部分：①疲勞源發(fā)生處，沿軸周緣處分布，且有多處，斷口平坦光滑，有細(xì)微的條紋；且紋理比較清晰，指向軸斷面的中心。②疲勞擴(kuò)展區(qū)，表面比較光滑，大致呈現(xiàn)出山脊?fàn)罨?，所占斷面面積較大，約占總斷面面積的1/2～2/3。③瞬間斷裂區(qū)，位于軸斷面的中心，約占斷面面積的1/5且非常粗糙。表明該軸是在高應(yīng)力和大的應(yīng)力集中條件下斷裂的，耐疲勞壽命較短。斷裂面照片見圖1、圖2。

三、泵軸徑的校核計(jì)算

泵軸材料為40Cr鋼且通過調(diào)質(zhì)熱處理，斷裂位置位于減速機(jī)空心軸鎖緊盤處，該段軸徑40 mm。主要承受扭矩，根據(jù)軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件初步估算軸的直徑d，見式（1）。

式中T——減速器傳遞的額定轉(zhuǎn)矩

[τ]——40Cr材料的許用切應(yīng)力

經(jīng)查T=24 N·m，[τ]為（40～52）/N·mm-2，這里取 40 N·mm-2，計(jì)算后d≥15 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于40 mm的設(shè)計(jì)直徑，強(qiáng)度設(shè)計(jì)沒有問題。

圖1 拉網(wǎng)軸斷裂面照片

四、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝精度分析

拉網(wǎng)小車結(jié)構(gòu)軸采用3段式設(shè)計(jì)，中間軸通過鎖緊盤傳遞扭矩，2根端軸和中間軸靠法蘭盤將扭矩傳遞到齒輪，帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，靠齒輪和齒條的相對運(yùn)動(dòng)拖動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)。安裝工藝為：安裝拉網(wǎng)小車機(jī)架、調(diào)水平→安裝伺服變速箱→安裝中間軸、鎖緊→安裝兩端軸承座、軸、齒輪→通過墊片厚度調(diào)整3根軸的水平和齒輪間隙→焊接法蘭盤→精調(diào)整→鎖緊螺栓。

從安裝工藝可以看出，法蘭盤和軸的連接，只能在其他工序完成后，現(xiàn)場焊接，不可避免地存在焊接變形和安裝誤差，且法蘭盤屬剛性連接，沒有調(diào)整余地。由此可以確定3根軸存在同心度誤差，兩端齒輪不同心，齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)受到齒輪間隙的影響，軸承受較大的扭矩，扭矩應(yīng)力首先在軸的表面形成裂紋，逐步擴(kuò)展到內(nèi)部，直至斷裂。

圖2 典型扭轉(zhuǎn)疲勞軸斷裂面

五、改進(jìn)措施

根據(jù)以上分析可知，拉網(wǎng)小車軸斷裂的原因?yàn)樵撦S在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在缺陷，造成兩端齒輪不同心，導(dǎo)致軸承受較大的扭矩力。為此對軸進(jìn)行改進(jìn)，將3段軸結(jié)構(gòu)形式改為1根長軸。在加工過程中，嚴(yán)格控制軸的軸承段、鎖緊段、齒輪段的同心度誤差，確保誤差控制在0.02 mm內(nèi)。重新調(diào)整齒條的直線度、水平度和相互之間的平行度，確保齒輪始終間隙一致。經(jīng)過改進(jìn)后的軸，運(yùn)行1年內(nèi)未再出現(xiàn)軸斷裂現(xiàn)象。