我公司在2009年6月的一个月内一号堆料机的配重前改向滚筒接连出现了两次滚筒断轴的故障，对我公司的正常生产造成极大的影响，这一问题引起我部的高度重视，立即着手对该问题的产生原因进行分析。

　　该滚筒轴其直径为125mm，材质为45号钢，并进行调质处理，滚筒图如图1。使用部位为堆料机悬皮配重的前、后该向(如图22、4滚筒)。

　　图1

　　图2

　　我们首先对断轴表面进行分析。该断面呈现出较明显的疲劳断裂特征，在断裂表面外部有较旧的断裂面，而中心区域为新的断裂面，即瞬断面。根据这些现象，以及该轴的实际工况及受力情况，我们初步分析该轴可能存在强度偏低的问题，并对该轴进行力学分析。(如图3)

　　图3

　　力学计算如下：

　　已知：堆料机悬皮电机功率为： P=220KW

　　电机转速为： W=975r/min

　　皮带带速为： V=4.4m/s

　　最大俯仰角度为： α=±12°

　　根据：P=FV 可得：F=P/V

F==50KN

　　又可知悬皮配重G=16.5t

可得：F合=(F+)×2×cos()

　　=206KN

　　根据力学计算的结果对滚筒轴头进行有限元分析(如图4

　　图4

　　由图三可知：该滚筒轴头部位弯矩最大，而且该部位的直径最小，又有圆角引起的应力集中故该处属于危险截面，且由于该滚筒工作时处于转动状态，弯矩可引起对称循环弯应力，最大应力达到了200MPa以上，对于45钢调质其弯曲疲劳极限为270MPa，由图可知在轴头上出现了红色高应力区，该区域正是我部滚筒轴两次断裂的部位，故可判断该处应力值过大，安全系数偏低。

　　根据以上分析得出的结论，针对滚筒轴头部位强度偏低的问题我们得出了如下解决方案：

　　方案一：对滚筒轴的直径整体加大，这样可提高轴的抗弯强度，但这样一来由于轴的直径的加大必然导致轴承加大，进而导致轴承座加大，从而无法安装在现有的轴承座基础。还必须对该滚筒轴承座基础进行相应的改造。

　　方案二：选用新的轴的材质，这样也可以提高轴的抗弯强度，而且不需要改变现有的滚筒轴承及轴承座。但选用新的材质必然会增加材料的费用。

　　方案三：根据有限元分析对轴的危险截面处的直径加大，因为该部位在轴承的安装面里侧，这样就不会应该原有轴承的使用，但可能会在两端轴之间的台肩处出现应力集中。

　　比较三种方案的优缺点，决定优先选用第三种方案。具体方案为，对滚筒轴危险截面处开始一直到轴中部直径加大10mm，并对新加粗的台肩和轴头做导圆处理，以减小应力集中。改造后的滚筒轴如图5所示。并进行有限元分析，如图6

　　图5

　　图6

　　通过有限元分析可知，改造后的滚筒轴其强度明显加强，而在图5中可见在原断裂处的应力减小，以处于安全范围之内。改造后的滚筒使用至今未再出现断轴现象，证明此次改造是成功的。