摘要：起重机在钢铁等冶炼行业中有着十分重要的应用，而减速机作为起重机中非常关键的设备，对整个起重机的使用性能有直接的影响。起重机的主起升减速机在实际使用的过程中，会出现减速机齿轮轴断裂的情况，从而导致起重机的主钩会出现溜钩的事故，严重威胁现场作业安全。针对这种情况，本文对起重机减速机齿轮轴的材质、力学性能以及制造安装精度等多个方面多齿轮轴断裂的原因进行分析，明确具体原因，在此基础上提出改进措施，避免起重机减速机齿轮轴出现断裂的情况，从而保证作业现场的安全。
关键词：起重机减速机；齿轮轴断裂；原因；改进措施
0引言
在起重机中，减速机是传递扭矩非常重要的部件，其各级齿轮轴在实际工作的过程中，会受到起重机制动时产生的冲击载荷作用以及正常运行时的扭转力作用。在这两种力的作用下，会对减速机运行的性能产生影响，而为了保证起重机能够安全稳定的运行，必须确保各个零部件的可靠性。本文以某型起重机为例，其主升减速机在运行过程中出现高速齿轮轴断裂的
情况，导致起重机的主钩出现溜钩事故。该型起重机的额定载重为90t，跨距为22m，主减速机齿轮传动比为50，输入轴的最小直径为70mm，齿轮轴使用的材料为42CrMo。为了避免起重机在后续使用的过程中出现重大的安全事故，本文以此为分析案例，对起重机中减速机高速齿轮轴断裂的原因从多个角度进行分析，明确具体的原因，制定相应的改进措施，从而保证起重机的使用安全。
1断裂情况
减速机齿轮轴断裂的具体情况如图1所示，根据实际情况，发现断裂的位置是在轴径70mm与轴径85mm之间的台阶处，通过观察发现齿轮轴此处的台阶没有明显的圆角，并且加工质量较为粗糙。在高速轴油封的位置发现多条因摩擦而产生的光带。整个端面呈暗灰并且垂直于主轴线。在断面的起始区域存在较多的小台阶，台阶处没有较为明显的圆角，在接近表面的部位存在摩擦挤压过的痕迹，并且有多个裂源，导致出现多源疲劳特征。齿轮轴的心部存在贝壳纹状的扩展条纹，其最终断裂部分的面积较小，并且有较为明显的撕裂金属特征，从而导致断裂区离轴心较远而偏向源区。具体如图2所示。 图1齿轮轴轴肩断裂位置
图2轴肩断裂处横截面
2 断裂检测与原因分析
2.1同轴度检查
分布式光学孔径系统
减速机的齿轮轴发生断裂情况后，对减速机的安装精度、齿轮轴的材质以及力学性能等多个方面进行仔细分析。使用仪器测量电机与断轴一侧的减速机的同轴度，发现同轴度的水平方向存在0.72mm的偏差，垂直方向存在1.985mm的偏差，而国标规定的刚性齿接手的安装偏差最大为0.45mm，因此电机与减速机存在较大的同轴度偏差。
对齿轮轴的疲劳源区、扩展区以及最终断裂区使用扫描电镜进行断口微观检查，得到如下结果：
1.
疲劳源区，在靠近齿轮轴的表面，存在较多的韧性疲劳条纹，因为齿轮轴在断裂时会受到较为严重的挤压摩擦，使得齿轮轴台阶处的圆角部位加工痕迹比较粗糙，具体如图3、图4所示所示。
图3源区受挤压后断口形貌
图4表面加工刀痕
1.
扩展区，断裂扩展区是较为典型的疲劳贝纹弧线，并且存在二次裂纹。在扩展区和最终断裂区的过渡位置，发现存在成分偏析的情况，利用能谱分析，发现这个区域存在较多的Si与Mn，具体如图5所示。
图5疲劳扩展贝纹线及放大后疲劳条带和二次裂纹形貌
1.
最终断裂区，在最终断裂区与扩展区过度处，存在韧性断口与解理断口，具体如图6所示，其中韧性断口呈方向性的剪切韧窝，具体如图7所示。
图6最终断裂区宏观形貌
图7最终断裂区撕裂棱形貌
在最终断裂区的中心处，其呈现出河流状花样的解理断口与准解理断口的形貌，加上外力的作用，还出现了一定量的二次裂纹，具体如图8所示。
图8解理和准解理形貌与二次疲劳裂纹
2.3齿轮轴检测
对齿轮轴的化学成分以及力学性能进行检测，得到表1、表2所示的结果。根据化学成分的检测结果，发现减速机齿轮轴的化学成分都能够满足技术要求；根据力学性能的检测结果，发现减速机齿轮轴的屈服强度以及抗拉强度等指标达不到实际的技术要求。
表1减速机齿轮轴化学成分检测结果
项目 | C | S | Si | Mn | P | Cr | Mo |
检测数据 | 0.4 | 0.008 | 0.26 | 0.68 | 0.008 | 1.04 | 0.19 |
技术要求 | 0.38~0.45 | ≤0.02 | 0.17~0.37 | 0.5~0.8 | ≤0.02梭织机 | 0.9~1.2 | 0.15~0.25 |
反光雨衣结果 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格莴笋削皮机 | 合格 | 合格 |
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医院用筋膜仪表2力学性能检测结果
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