于嘉偉

摘 要 本文介紹了燒結(jié)廠4 m布料寬皮帶傳動滾筒的使用情況，對雙輸入軸傳動滾筒的單側(cè)軸多次斷裂進行了理論分析。

關(guān)鍵詞 軸 斷裂 失效

八鋼煉鐵分公司燒結(jié)分廠兩條265m2燒結(jié)生產(chǎn)線分別于2006年11月和2008年10月投產(chǎn)，混合物料在燒結(jié)機臺車上的布料形式，都采用了擺動皮帶與4 m寬皮帶再加上多輥布料器三種設(shè)備組合的方式，改善了物料偏析，布料效果較好。但4 m寬皮帶在使用中曾多次發(fā)生雙輸入傳動滾筒軸斷裂的情況，本文就傳動滾筒輸入軸斷裂進行分析。

一、傳動軸斷裂失效原因分析

1.傳動軸的結(jié)構(gòu)。4 m寬皮帶是變頻調(diào)速小角度下傾皮帶。輸送帶由尾部滾筒傳動，左右對稱雙輸入驅(qū)動。驅(qū)動減速機懸掛于軸上，通過法蘭與軸承座相連。傳動滾筒軸與減速機通過普通平鍵連接。數(shù)次軸斷裂位置都發(fā)生在Φ90與Φ105軸肩處，如圖1。

我們對比了這幾次傳動軸斷裂的斷面，發(fā)現(xiàn)軸幾次斷裂斷面有很大的相似性，初步推測是同一原因?qū)е螺S斷裂，失效斷面見圖2。

機械設(shè)計手冊中給出了階梯軸設(shè)計是軸肩倒角和圓角的推薦值見表1，而此軸Φ90與Φ105軸肩處基本無圓角，直接導致軸肩處產(chǎn)生應力集中。從圖1來看Φ90與Φ105軸肩也是直徑最小的部位，此處是整個軸的危險截面，應力集中最大。

設(shè)計制造為了減輕重量，傳動滾筒的兩個傳動軸相對獨立，沒有采用通軸，而是與筒體通過與輻板焊接連接。這在一定程度上減小了軸的剛度，兩側(cè)軸的同軸度和直線度容易喪失，而軸在滾筒的重力和減速器軸孔的約束下也更容易發(fā)生彎曲彈性變形。我們將斷面圖與疲勞斷口形貌示意圖對照進行對照，斷面與圖表中大應力集中的旋轉(zhuǎn)彎曲失效形式吻合度很高，見表2。

3.軸斷裂的改進措施。（1）軸肩處必須嚴格按照零件倒角C與圓角半徑R的推薦值制造，圓角直徑不小于機械設(shè)計手冊推薦值，從軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計上減小軸肩處的應力集中。（2）將軸與滾筒的連接由單輻板焊接改成雙輻板焊接，提高軸在使用中的剛度。制造過程中，必須遵循先焊接后車軸的工序，嚴格控制兩側(cè)軸的同軸度。（3）該軸的扭轉(zhuǎn)剪切強度已經(jīng)非常接近調(diào)質(zhì)40Cr的扭轉(zhuǎn)疲勞極限值，為保證原有減速器能在改進滾筒之后繼續(xù)使用，建議制造廠使用扭轉(zhuǎn)疲勞極限值更高的材料來制造傳動軸。

二、結(jié)束語

從以上分析、校核計算結(jié)果看，已基本確定4m寬皮帶傳動軸斷裂的原因。通過與制造廠的溝通，軸斷裂的問題已得到解決。寬皮帶的穩(wěn)定運行降低了設(shè)備維護成本，為八鋼265 ㎡燒結(jié)產(chǎn)線的順利運行創(chuàng)造了有利條件。

參考文獻

[1]陸鋒儀，鐘守炎主編.機械設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社.

[2]卜炎主編.中國機械設(shè)計大典.南昌：江西科學技術(shù)出版社.

[3]王國凡.材料成型與失效.北京：化學工業(yè)出版社.