减速器低速齿轮轴裂纹原因分析

1900减速机是轧机的主减速机，2003年5月16日由于卡钢诱发主减速机低速齿轮轴与弹性联轴器连接的φ500mm轴段产生裂纹。弹性联轴器C盘向外窜出约13mm，与轴肩间隙由2mm变为15mm。
一、原因分析
1．裂纹分析
裂纹如图3所示，AB部分裂纹很细小，沿圆咴400mm，BC部分宽度明显增加，约1mm，沿轴向约45°向弹性联轴器C盘内延伸，经超声波探伤测出CD段延伸到轴头。从裂纹的宏观现象分析为典型的扭转断裂。

2．力学计算分析
(1)低速齿轮轴最小破坏扭矩T计算后得知
T=2 920～3 530kN•m
(2)全销强度计算
安全销位于弹性联轴器C盘和B盘之间，是轧机传动系统的安全装置，通常均布安装三根φ72mm安全销，在卡钢时有两根安全销断裂。对安全销强度进行计算：
三根安全销断裂时所需扭矩
T=2 600kN•m
安全销由于受安装精度影响会产生受力不均匀现象，即一根或两根安全销单独受力，因此，安全销的实际断裂扭矩应小于2 600kN•m。
(3)计算结果分析
安全销最大断裂扭矩为2 600kN•m，小于低速齿轮轴的疲劳破坏力矩2 920～3 530kN•m，轧机卡钢后发现有两根安全销断裂，说明卡钢产生扭矩小于2 600kN•m，也说明卡钢时低速齿轮轴φ500mm轴段存在一定程度的组织缺陷或微裂纹，否则它不应该在低于2 920kN•m的扭矩下产生破坏。
3. C盘安装情况分析
低速齿轮轴与弹性接手C盘之间采用的是无键过盈连接，其过盈量为0.79～0.91mm，采用温差法安装。安装时要对弹性接手C盘加热，加热温度达到300～400℃，加热过程中由于温度控制手段落后，实际加热温度往往高于400℃，此种情况下，安装后C盘对低速齿轮轴形成加热源，使其温度升高，若温度达到200～400℃范围时可产生第一类回火脆性（低温回火脆性），其原因是在250℃左右回火时，自马氏体和残余奥氏体中析出极细的薄片状渗碳体，沿马氏体边界分布，使晶界脆断强度降低，这种回火脆性只有在扭转冲击条件下才明显表现出来，而低速齿轮轴所受的正是扭转冲击载荷，低速齿轮轴经过多次热装加热，很容易形成内部组织缺陷或微裂纹。
4.轴的使用情况分析
由于生产负荷的不断加大，轧钢过程中轧机过流、卡钢现象不断增加，这是导致低速齿轮轴裂纹源不断扩张的主要原因。
二、应对措施
1.低速齿轮轴材质选取平面应变断裂韧性值较大的45钢。
2.对大型备件进行全面探伤，并进行疲劳寿命崴恪
3.改进弹性接手C盘的热装工艺，避免第一类回火脆性的产生。