造粒机组主齿轮箱输出齿轮轴断裂失效分析

郭鹏辉; 刘世军; 徐文博; 娄世宇; 窦小鹏; 禹文涛

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2023.09.021

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造粒机组主齿轮箱输出齿轮轴断裂失效分析

开发应用 | 更新时间：2023-09-18

- 造粒机组主齿轮箱输出齿轮轴断裂失效分析
- Fracture Failure Analysis of the Output Gear Shaft for a Granulator Main Gearbox
- 机械传动 2023年47卷第9期页码：151-159
- 作者机构：
  
  1.郑州机械研究所有限公司，河南郑州 450001
  2.中原工学院，河南郑州 450007
- 作者简介：
  
  郭鹏辉（1987— ），男，河南郑州人，硕士研究生，工程师；主要研究方向为齿轮传动；13673672392@163.com。
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2023.09.021
  中图分类号：
- 纸质出版日期：2023-09-15，
  
  收稿日期：2022-09-23，
  
  修回日期：2022-10-23，
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郭鹏辉,刘世军,徐文博等.造粒机组主齿轮箱输出齿轮轴断裂失效分析[J].机械传动,2023,47(09):151-159.

Guo Penghui,Liu Shijun,Xu Wenbo,et al.Fracture Failure Analysis of the Output Gear Shaft for a Granulator Main Gearbox[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(09):151-159.
郭鹏辉,刘世军,徐文博等.造粒机组主齿轮箱输出齿轮轴断裂失效分析[J].机械传动,2023,47(09):151-159. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.09.021.

Guo Penghui,Liu Shijun,Xu Wenbo,et al.Fracture Failure Analysis of the Output Gear Shaft for a Granulator Main Gearbox[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(09):151-159. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.09.021.

摘要

某聚丙烯挤压造粒机组主齿轮箱输出齿轮轴运行过程中发生断裂，通过断口分析、理化检验和强度校核，探究了该齿轮轴断裂失效的原因。结果表明，由于对应螺杆轴断裂造成瞬时冲击，导致该齿轮轴出现早期微动撕裂缺陷；在转矩和弯矩的复合交变载荷作用下，萌生早期裂纹并沿轴颈处扩展；当齿轮轴的有效承载面积减小到无法承受正常工作产生的扭转力矩时，齿轮轴发生断裂。另外，齿轮轴颈退刀槽处易形成应力集中，也是开裂的诱因之一。

Abstract

The output gear shaft of the main gearbox for polypropylene granulator main gearbox breaks during operation.Fracture reasons of the output gear shaft are investigated through fracture analysis

physical and chemical inspection

and strength check. The results show that the output gear shaft has early fretting tear

due to instantaneous impact caused by fracture of the corresponding screw shaft. Under the compound alternating load of the torque and the bending moment

the early crack initiates and propagates along the journal. When the effective bearing area of the output gear shaft reduces to the critical point that it cannot withstand the torsional torque generated by normal operation

the fracture of the output gear shaft occurs. It is easy to form stress concentration at the cutter back groove of the output gear shaft journal

which is also one of the cracking inducement.

关键词

齿轮轴断裂失效瞬时冲击微动撕裂应力集中

Keywords

Gear shaftFracture failureInstantaneous impactFretting tearStress concentration

references

耿孝正.双螺杆挤出机及其应用［M］.北京：中国轻工业出版社，2003：30.

GENG Xiaozheng.Twin screw extruders and its application［M］.Beijing：China Light Industry Press，2003：30.

王健平.大型啮合同向旋转双螺杆挤出造粒机若干关键技术与理论研究［D］.北京：北京化工大学，2007：5-12.

WANG Jianping.Research on some key technologies and theories of large meshing co-rotating twin-screw extruder granulator［D］.Beijing：Beijing University of Chemical Technology，2007：5-12.

李红华.双螺杆挤出机传动箱体的有限元模态分析及结构优化设计［D］.南京：南京农业大学，2012：21-32.

LI Honghua.Study on finite element modal analysis and structure optimum design of the gearbox of twin screw extruder［D］.Nanjing：Nanjing Agricultural University，2012：21-32.

王力，刘小平，王平，等.双螺杆挤出机传动系统的研究与进展［J］.机械传动，2007，31（2）：102-105.

WANG Li，LIU Xiaoping，WANG Ping，et al.Study and development of transmission system in twin screw extruder［J］.Journal of Mechanical Transmission，2007，31（2）：102-105.

刘梦华.浅析大型混炼挤压造粒机组研制中的重大基础问题［J］.橡塑技术与装备，2015，41（2）：23-40.

LIU Menghua.On the major infrastructure problems during the development of large-scale compounding extrusion granulation group［J］.China Rubber/Plastics Technology and Equipment，2015，41（2）：23-40.

卜琛亮.挤压造粒机组长周期运行研究［D］.西安：西安工业大学，2013：38-39.

BU Chenliang.Extrusion granulator unit long period running research［D］.Xi'an：Xi'an Technological University，2013：38-39.

鲁君瑞.大型双螺杆挤压造粒机主传动系统评价及改进分析［J］.化工设备与管道，2017，54（3）：48-51.

LU Junrui.Appraisal and improvement analysis of host transmission system in large double screws extracting granular［J］.Process Equipment ＆ Piping，2017，54（3）：48-51.

毕超，林桂强，江波.平行双螺杆挤出机传动系统结构对比分析及设计中若干问题的探讨［J］.工程塑料应用，2011，39（5）：91-95.

BI Chao，LIN Guiqiang，JIANG Bo.Comparative study of structure of the driving system in parallel twin screw extruder and discussion of some problems in design［J］.Engineering Plastics Application，2011，39（5）：91-95.

全国齿轮标准化技术委员会.直齿轮和斜齿轮承载能力计算第5部分：材料的强度和质量：GB/T 3480.5—2021［S］.北京：中国标准出版社，2021：3-17.

National Technical Committee of Gear Standardization. Calculation of load capacity of spur and helical gears—part 5：strength and quality of materials：GB/T 3480.5—2021［S］.Beijing：Standards Press of China，2021：3-17.

全国钢标准化技术委员会.钢锻件超声检测方法：GB/T 6402—2008［S］.北京：中国标准出版社，2008：1-10.

National Technical Committee of Steel Standardization.Steel forgings-method for ultrasonic testing： GB/T 6402—2008［S］.Beijing：Standards Press of China，2008：1-10.

American Society for Testing and Materials Committee E07.Standard practice for magnetic particle testing： ASTM E1444-05［S］.West Conshohocken：IHS Markit，2005：3-6.

朱孝录.断口分析中的裂纹动力学和瓦纳线实例［J］.机械传动，2020，44（5）：176-180.

ZHU Xiaolu.Case of crack dynamics and Wallner line in fracture analysis［J］.Journal of Mechanical Transmission，2020，44（5）：176-180.

钟群鹏，赵子华.断口学［M］.北京：高等教育出版社，2006：169-314.

ZHONG Qunpeng，ZHAO Zihua.Fractography［M］.Beijing：Higher Education Press，2006：169-314.

崔约贤，王长利.金属断口分析［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998：64-65.

CUI Yuexian，WANG Changli.Metal fracture analysis［M］.Harbin：Harbin Institute of Technology Press，1998：64-65.

Commission for European Normalization.Case hardening steels-technical delivery conditions：EN 10084—2008［S］.Brussels：CEN Management Centre，2008：13-30.

毕廉.偏航减速机输出齿轮轴断裂原因分析［J］.金属热处理，2015，40（S）：44-46.

BI Lian.Yaw gear reducer output shaft fracture cause analysis［J］.Heat Treatment of Metals，2015，40（S）：44-46.

李云鹏，李峰，魏伟，等.某熔融泵齿轮转子断裂失效分析与研究［J］.机械强度，2018，40（4）：971-977.

LI Yunpeng，LI Feng，WEI Wei，et al.Analysis and research on the fracture failure of a melt-pump gear rotor［J］.Journal of Mechanical Strength，2018，40（4）：971-977.

全国钢标准化技术委员会.金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法：GB/T 228.1—2021［S］.北京：中国标准出版社，2021：12-22.

National Technical Committee of Steel Standardization.Metallic materials—tensile testing—part 1：method of test at room temperature： GB/T 228.1—2021［S］.Beijing：Standards Press of China，2021：12-22.

全国钢标准化技术委员会.金属材料夏比摆锤冲击试验方法： GB/T 229—2020［S］.北京：中国标准出版社，2020：1-6.

National Technical Committee of Steel Standardization.Metallic materials—Charpy pendulum impact test method： GB/T 229—2020［S］.Beijing：Standards Press of China，2020：1-6.

杨新华，陈传尧.疲劳与断裂［M］.2版.武汉：华中科技大学出版社，2018：101-117.

YANG Xinhua，CHEN Chuanyao.Fatigue and fracture［M］.2nd ed.Wuhan：Huazhong University of Science and Technology Press，2018：101-117.

张亚军，张欣耀，张云浩.金属材料疲劳裂纹扩展速率Paris模型中材料常数的相关性［J］.材料开发与应用，2021，36（4）：1-8.

ZHANG Yajun，ZHANG Xinyao，ZHANG Yunhao.Pertinence of material constants in Paris model for fatigue crack propagation rate of metallic materials［J］.Development and Application of Materials，2021，36（4）：1-8.

蒋玉川，蒲淳清.用Westergaard应力函数求解I-II复合型平面裂纹问题的研讨［J］.力学与实践，2020，42（4）：504-507.

JIANG Yuchuan，PU Chunqing.The problem of I-II combined plane crack solved with Westergaard stress function［J］.Mechanics in Engineering，2020，42（4）：504-507.

丁海荣.直齿圆柱齿轮齿根裂纹的扩展分析和疲劳寿命预测［D］.兰州：兰州理工大学，2016：7-10.

DING Hairong.Crack propagation analysis and fatigue life prediction of spur gears tooth root［D］.Lanzhou：Lanzhou University of Technology，2016：7-10.

成大先.机械设计手册第2卷［M］.6版.北京：化学工业出版社，2016：19-28.

CHENG Daxian.Manual of mechanical design volume 2［M］.6th ed.Beijing：Chemical Industry Press，2016：19-28.

罗丹.起重机减速机齿轮轴断裂原因分析及改进措施［J］.重型机械，2020，54（3）：93-97.

LUO Dan.Cause analysis and improvements on gear shaft fracture of crane main hoist reducer［J］.Heavy Machinery，2020，54（3）：93-97.

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