球磨機是水泥生產企業的主要生產設備，其軸性能的好壞直接影響著球磨機的整體性能，一旦出現故障，就會嚴重地影響水泥廠的正常生產。下面對大同市永和某公司的1.8m×7m球磨機小齒輪軸的斷裂加以分析。
1、小齒輪軸的斷裂分析
    該球磨機電機功率為245kW，轉速750r/min，經一級齒輪減速器(速比4.5)帶動小齒輪軸轉動，小齒輪與研磨機外表面上的齒圈嚙合，帶動研磨機工作。小齒輪軸采用40Cr，并經調質處理，斷裂處位于動力輸入端軸頸的根部，見圖1。
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    (1)軸的斷口分析。軸的斷口呈暗灰色，有裂紋且呈放射狀，在其中心部位，斷口比較齊整，顏色較亮。由斷口形貌可確定斷裂源在軸橫截面外圓環區內，裂紋起源于焊接過渡圓角處，此處為應力集中源，軸的芯部為高速瞬斷區，瞬斷區的前部即為疲勞擴展區，在該區明顯看到有波紋線，宏觀塑性變形很小，說明脆性嚴重。
    (2)軸的力學分析。由斷口分析可知，軸為疲勞斷裂。通過用安全系數法對軸進行疲勞強度校核，發現其疲勞強度足夠，所以造成軸疲勞斷裂可能是材質不均或其它原因。
    (3)軸的理化檢驗與分析。為了進一步分析軸斷裂的原因，還需進行理化檢驗。在斷口上由軸外圓向里截取金相顯微試樣，放在顯微鏡下觀察，發現表層至里1.5～2mm是一層枝晶狀鐵素體夾少量珠光體，它是焊條焊接后未經過適當熱處理的原始組織，其沖擊韌度值與設計規范值相差甚遠，再向里有比較粗大的珠光體和鐵素體晶粒，它是由材料過熱所致，造成其機械性能下降，特別是沖擊韌性下降。按技術條件，該軸進行調質處理，金相組織應為回火索氏體，但結果不符，說明熱處理工藝沒有達到技術要求，并且脆性夾雜物超級，有疏松組織存在，嚴重地降低了軸的疲勞強度。
2、軸斷裂的原因
    (1)嚴重的應力集中。軸頸∮160m處的軸肩過渡圓角過小(R角為3.5mm)，軸在磨損后，進行補焊修復時，破壞了原有軸肩過渡“R”角的形狀，幾乎無過渡圓角，呈直角，此處存在嚴重的應力集中，在彎扭應力作用下產生疲勞裂紋，這是軸斷裂的主要原因。
    (2)焊接殘余應力大。通過對軸斷口的金相組織分析可知，軸的焊接部分未進行適當的熱處理，焊接殘余應力較大，導致軸抗交變應力下降，一旦遇上振動，極易產生裂紋。
    (3)材質的缺陷。由軸的理化檢驗和分析可知，軸的材質有疏松組織，夾雜物超級，堆焊修理后未能進行適當熱處理，未能改善組織和補償缺陷，從而軸的金相組織未能達到調質處理的回火索氏體，使得沖擊韌度值過低，軸在交變載荷作用下，裂紋以很快的速度擴展到芯部，最后全部斷裂。
    (4)軸與軸承配合間隙大。經檢測，∮160m軸頸處加工偏差大，使得軸與軸承內圈配合較松，造成軸與軸承內圈相對轉動，即跑內圈，并引起軸承內圈在軸上滑動而使軸磨損，這也是導致軸磨損和斷裂的另一個主要因素。
    (5)負荷過大。齒輪軸工作時，承受較大的彎矩和扭矩，同時還存在附加動負荷，一旦遇到振動、過載、突然起動和制動及多次重負荷沖擊時，軸容易產生裂紋而斷裂。
3、防止軸斷裂的對策
    (1)加大過渡圓角，以減小應力集中。過渡圓角由原先的R 3.5mm增大到R5mm。此外，一經發現軸磨損，就馬上進行修復，在修復過程中要把好軸過渡圓角的關，使其與設計圖紙相符。
    (2)軸與軸承選擇適當的配合。軸與軸承的配合不能太松也不能太緊，太松會引起軸承內圈在軸上滑動而使配合面磨損，相反過盈量太大，應力集中就會增加，使軸的疲勞強度降低。現在由過去的m6配合改為p6配合，此后從未發現軸承跑內圈。
    (3)軸從加工到安裝要嚴格按圖紙要求，探傷檢查鍛造質量，采用正確的調質處理，以保證良好的金相組織。為了提高軸頸的耐磨性，還應對軸頸處進行高頻表面淬火和低溫回火處理，并嚴格執行操作規程。
    (4)嚴禁球磨機過載和沖擊振動，加強設備的維護和保養，定期檢查齒輪和軸承的運行狀況，一旦發現軸承跑內圈，應及時進行修復。
    經以上措施改進后的齒輪軸現己運行近兩年，運行效果良好，未發生斷軸事故。實踐證實了對齒輪軸斷裂原因的分析和采取相應的措施是正確的。