4m宽皮带传动轴断裂原因分析

摘 要 本文介绍了烧结厂4 m布料宽皮带传动滚筒的使用情况，对双输入轴传动滚筒的单侧轴多次断裂进行了理论分析。

关键词 轴 断裂 失效

八钢炼铁分公司烧结分厂两条265m2烧结生产线分别于2006年11月和2008年10月投产，混合物料在烧结机台车上的布料形式，都采用了摆动皮带与4 m宽皮带再加上多辊布料器三种设备组合的方式，改善了物料偏析，布料效果较好。但4 m宽皮带在使用中曾多次发生双输入传动滚筒轴断裂的情况，本文就传动滚筒输入轴断裂进行分析。

一、传动轴断裂失效原因分析

1.传动轴的结构。4 m宽皮带是变频调速小角度下倾皮带。输送带由尾部滚筒传动，左右对称双输入驱动。驱动减速机悬挂于轴上，通过法兰与轴承座相连。传动滚筒轴与减速机通过普通平键连接。数次轴断裂位置都发生在Φ90与Φ105轴肩处，如图1。

我们对比了这几次传动轴断裂的断面，发现轴几次断裂断面有很大的相似性，初步推测是同一原因导致轴断裂，失效断面见图2。

机械设计手册中给出了阶梯轴设计是轴肩倒角和圆角的推荐值见表1，而此轴Φ90与Φ105轴肩处基本无圆角，直接导致轴肩处产生应力集中。从图1来看Φ90与Φ105轴肩也是直径最小的部位，此处是整个轴的危险截面，应力集中最大。

设计制造为了减轻重量，传动滚筒的两个传动轴相对独立，没有采用通轴，而是与筒体通过与辐板焊接连接。这在一定程度上减小了轴的刚度，两侧轴的同轴度和直线度容易丧失，而轴在滚筒的重力和减速器轴孔的约束下也更容易发生弯曲弹性变形。我们将断面图与疲劳断口形貌示意图对照进行对照，断面与图表中大应力集中的旋转弯曲失效形式吻合度很高，见表2。

3.轴断裂的改进措施。（1）轴肩处必须严格按照零件倒角C与圆角半径R的推荐值制造，圆角直径不小于机械设计手册推荐值，从轴的结构设计上减小轴肩处的应力集中。（2）将轴与滚筒的连接由单辐板焊接改成双辐板焊接，提高轴在使用中的刚度。制造过程中，必须遵循先焊接后车轴的工序，严格控制两侧轴的同轴度。（3）该轴的扭转剪切强度已经非常接近调质40Cr的扭转疲劳极限值，为保证原有减速器能在改进滚筒之后继续使用，建议制造厂使用扭转疲劳极限值更高的材料来制造传动轴。

二、结束语

从以上分析、校核计算结果看，已基本确定4m宽皮带传动轴断裂的原因。通过与制造厂的沟通，轴断裂的问题已得到解决。宽皮带的稳定运行降低了设备维护成本，为八钢265 烧结产线的顺利运行创造了有利条件。

参考文献

[1]陆锋仪，钟守炎主编.机械设计.北京：机械工业出版社.

[2]卜炎主编.中国机械设计大典.南昌：江西科学技术出版社.

[3]王国凡.材料成型与失效.北京：化学工业出版社.