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[讨论] 减速机轴断,算不算设计不良?

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发表于 2010-9-1 22:16:04 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国福建厦门

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x
最近,有一款减速机输出轴断了,我照减速机的参数 P=2.2kw, 4 a; V: }+ F& B
- L$ f3 M. C0 @9 H% y. h$ t3 r
减速器输出 T=860 N.M, n=24 rpm ,减速器输出轴直径Φ40, ) W9 Q; \! {( A7 q% a5 B! a% G
9 p/ k# W2 Z- V/ Y4 w3 |1 a' }4 q
取η=0.95  
1 y  U5 C. U5 H0 m8 u: i  m* E
根据机械设计手册第二卷  D=A(p/n)^1/38 Y  z3 A: j8 m( T% M: @/ _+ l! B
$ ?0 d- T0 q! h1 ^% G4 B
由于输出轴采用42CrMo4  其性能与 40Cr 相近 (A=97),但 抗疲劳等略强( H) m$ Y, P% q! o; g

+ _- \  W+ n3 g- m故取A=92
/ s, Z/ F$ C% F$ D# @" ]/ P* ^5 a5 ?! `) u
算出来的直径依然大于40,加上减速器输出轴都有退刀槽,意味着该减速器输出轴直径取小了
# q  a* A/ W! w3 f% n$ S4 r
$ c# h, L' t9 }# N以至于电机满载或过载(在无过载保护的条件下)运行时, 电机未烧毁
. b9 S* ~+ f3 Y7 F9 u% G5 P* Z
减速器输出轴发生断裂,也许以上公式算出来的结构不算十分精确,但至少验证了该直径不满足
: Y1 S) t; k! d3 U$ T
7 K0 ^. R, c9 |+ h0 N请问,该种情况是算设计不良,还是说设计刚刚好是热处理工艺或退刀槽加工不良;0 o$ `+ J" \/ H8 a3 B& p% r- z
3 c5 G! n& V9 r" K3 a
+ `/ d0 n' F8 s- J9 f6 l
另外,生活中之所以较少发生减速器断裂事故,是因为,多数设计者设计时,考虑安全起见,都将功率放大! N/ _: ~+ Q6 s; u

* j0 t1 N3 L/ y一号,以至于电机使用效率仅处于80%左右;可是,在一些变载荷,条件恶劣情况下,较难做到不过载
4 c7 `! L4 ?1 N3 A9 @! Y' b! S- x8 `# }- k: \8 V
(我们平时有过载保护)。
发表于 2010-9-2 09:32:21 | 显示全部楼层 来自: 中国浙江杭州
本帖最后由 软体动物 于 2010-9-2 09:50 编辑
9 {* W% W" J4 G; K  w" j, b: e- `' W$ h! ~0 }) f
扭断, 看一下断面, 和断的位置,$ H2 O5 |$ t. h. ]$ Z! t: @% z

3 M+ m; S& ?6 D. E如果是台阶处断, 或退刀槽处,则可能是车床没倒角, 应力集中.
! V8 |/ A" R% n) u0 O( e
; ]' ^! Q  M, G- o7 V2 h可以改一下退刀槽,为圆弧.不要直角台阶.1 ^( Z5 L7 N- H  i/ [3 F  @
5 E, o  Y8 j1 s7 L8 C5 |
则加粗轴直径,
7 M( g( O$ X0 N& J* E) |7 G# P8 `; b( G/ P
大约估算了一下!!!
$ ?6 t2 G$ O4 w# V$ }; l) b4 ~5 f. O
你的2.2 KW的电机,  直径40MM的轴, 去掉退刀槽, 最多35不到.
2 U8 I2 i. q# a0 t0 W
7 s7 |5 t* |/ @9 F, c% e应该是直径不够.  \+ c" C$ k9 N, q) e  p
8 j$ i, a# T, q, x# S$ n' a7 ~1 l# k# t
而且,还要考虑扭力的力距方向, 如果两端都有轴承!! 2 w+ {- Z! d/ J9 ^+ d- u& r
那轴一般做成 中间粗,两头较细, 因为力距是两边平分!!
! r3 K4 R/ P7 W' b% ^/ q, q
) e" D$ ^5 X; M( W7 k* a/ y3 J$ T但如果是一端受力!!; o% M0 ~( ?. I( k6 Y" L+ e3 Z4 a
则极限时, 可能发生, 远离受力的一端为负的-100%, 4 l6 V; K+ R' n3 z; }
而接近受力点的一端 受力 200%的现象!!7 i# N& y  K. t) r" g6 N
" N- {4 X( Z% g' t% [

$ k, U1 Q* p# x8 ^% a- A类似汽车一样, 急转弯时, 则一侧轮子腾空,受力为0, 而另一侧, 并不是受全车100%的力, 6 u8 |# c0 t9 Y  T( g( s2 ]/ j
除了100%货物的力之外, 还要加上全车重力加速度的力.(惯性力) 这个力说不定比全力货物力还要大. 因为要看速度.$ n# `+ B$ T' ~" `, f

: f% b% T- |4 C8 e( K( l1 f) @2 V5 t+++++++++++++++++++++++++++++++++( U, T$ Z# ]# F) }1 ?9 H+ O5 x
/ |( ^2 B5 J0 {
所以说,楼主,你死算出来的都是静载荷.  也就是高中生算的那些.. e7 P# _3 x( O+ {1 P
/ F) k* H: y* |0 c
但实际中, 都要考虑动载荷.
& G7 n: Z/ L4 R( K
. B" j- _: B3 ^9 F也就是, 电机瞬间加速, 0.3秒之内, 速度从0 加到额定的速度8 L; z2 O6 L2 {4 W% D
6 _- H2 o* u# r: h* D
那这个瞬间, 还是死算的那些扭力吗?!
& n8 a+ }/ {# e- ]  `
' a  I; \$ p( v/ b; T! X5 ~这个瞬间, 可能3倍于静载荷也说不定.
% U- m, {) G, W8 \9 `/ e- F% Q
* l8 q4 X- b! [! t  {) R
并且,平时的抗扭强度, 在某些时候,瞬间会演变成抗剪强度, & O9 n  X( u* ^/ i9 U2 A
( t7 }0 S5 P. x  m% T9 L  |( C9 R: R
发表于 2010-9-2 09:39:20 | 显示全部楼层 来自: 中国浙江杭州
其实,有些时候设计, 数据是死的!!
* s9 @; _) W9 V% I$ q, j* g$ b8 A, b- R( N* H
人是活的, 一些经验更重要!!: ^1 h' g2 F5 M( S( `8 u. u( k% S  l

1 Z- Q; E- @2 k# ]  z% ~- ^- N一些受力点, 老师傅大约一看,就知道大约要多粗的轴, 远比你死数据算出来要准得多!1' b2 c4 {  y! e& w
1 A3 V# V) _9 F( E! D; J+ R# F: |3 c
如,我们在钻孔时, 不同直径钻不同硬度的孔, 按书上一套一套, 又是直径,又是线速度,又是怎么样!!
7 d1 ]0 h8 X$ L9 A1 n' P* |
+ `4 Z) ?; @) E. H* j老师傅一拿到钻头$ N0 e+ h! M1 |* \/ y" q/ t
2 J6 [" p; s& K4 b- N' @: {
马上答出, 大约要多少转速.

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发表于 2010-9-2 09:40:12 | 显示全部楼层 来自: 中国河南驻马店
轴的材料和热处理也会影响到轴承的强度。
发表于 2010-9-2 09:44:09 | 显示全部楼层 来自: 中国浙江杭州
本帖最后由 软体动物 于 2010-9-2 09:45 编辑
* k% R- z% p' W1 |4 l, H% y$ m
5 O# _: _9 F/ G" F2 ^: C+ [一句话:0 g: r3 ?0 r3 }- U" s

$ b8 @1 ]- C/ N5 Q设计减速箱, 如果轴被扭断!!' U; ~. c3 t4 _  P1 S' v% }
8 k! p( s4 \2 v# Z* C' S: L/ M5 O
可以非常肯定地说, 这个设计师 非常地蹩脚.可以说,是非常地门外汉.
发表于 2010-9-2 14:54:54 | 显示全部楼层 来自: 中国江苏泰州
还要考虑工艺的完善
 楼主| 发表于 2010-9-2 20:08:36 | 显示全部楼层 来自: 中国福建厦门
首先,感谢 软体先生 的回答  X! F/ X, z( y" W% X  b, s" v
其次,说明一些问题,如下:
- }7 `' \1 F- V. P3 q
, l7 j7 y* u) N3 M# q2 B. F1、这款减速机是德国非常知名的牌子(由于我还在私下调查计算阶段,没有完全清楚真相前," x* |$ e0 J- F; r5 W9 m
暂不公布品牌,以免因为草率武断对其造成负面影响) 。
1 d9 _( O& ]) H! k
/ f  X5 V$ u. E3 [# ~* z1 N2 T2、该款减速机工作的载荷比较平稳,工作主轴转速仅15转,无冲击;唯一特殊的是,零下10度。! }( I( D% z9 U) P5 U: U

/ J& r4 w! o1 Y" d: T% C# r. c3、我的计算是在电机满载条件,不存在冲击的情况下算出来的直径,已经比 厂商实际的减速机输出轴大;  b& ^! z9 S: Q7 P

3 B6 i5 ^8 s$ E9 B正如你所说,当电机瞬间加速,在负载转动惯量 J 一定的情况下, T= J *Δw/Δt , 加速时间越小,# z' Z$ Q4 J( H. a1 @

/ D( I2 m; N7 A对传动轴产生的扭力矩T越大;那么,意味着,该款减速器输出轴直径,取的太小了,抑或是工艺因素?
发表于 2010-9-6 11:34:30 | 显示全部楼层 来自: 中国重庆
本帖最后由 lussssssssss 于 2010-9-6 11:43 编辑
1 D- b6 z$ G- p; B- f2 |# ^7 _1 L
计算好像足够。& c, ]9 p- g8 A# `. `- ?5 W
+ y7 P" v2 S  x1 E! z
最好把断面及断轴对接后情况拍下高清照放网上来看。! a1 b& K* j9 C  z
要么请专业人员分析下断裂原因。
' X# c! g1 `. _* X' h1 Z1 k: ]! _( t1 o" p6 u
你图轴、装配图,热处理状况也没有
发表于 2010-9-6 11:36:05 | 显示全部楼层 来自: 中国重庆
一句话:
# h3 V  v- c& t! u$ x, c8 _2 p4 d: w! H: b
设计减速箱, 如果轴被扭断!!
0 K& i/ F. P/ Z/ [/ w4 I) Y; R" I( n: R8 t9 m" L; W8 T8 @0 U, m
可以非常肯定地说, 这个设计师 非常地蹩脚.可以说,是非常地门外汉.
1 `9 S; H/ @2 k, t软体动物 发表于 2010-9-2 09:44 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
0 G: K% B% g2 @; u  |& n: `

" l6 _& e% {7 d( P6 k% W; l6 E  r
可以肯定的说,你搞机械是个外行。
发表于 2010-9-6 19:07:15 | 显示全部楼层 来自: 中国山东滨州
本帖最后由 wakang 于 2010-9-9 13:20 编辑 * M) l' }1 \4 u# Y3 [+ Y
安全系数取得多少啊
1 M) M1 }* |) P! e7 i( z0 vmeizhou 发表于 2010-9-6 19:03 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

) r+ g9 W" Q/ N+ q3 Y8 C! K: I0 k/ J1# xiaoqh119 9 D7 G+ A; S* U" D5 j2 }* a: l
轴径 小  40crmo 淬硬性比40cr好
发表于 2010-9-7 13:38:27 | 显示全部楼层 来自: 中国河南郑州
40的轴2.2kw会断?/ p' _- F- c% e. t4 f6 {
你最好发图片,  感觉你那是木头轴
发表于 2010-9-7 14:56:11 | 显示全部楼层 来自: 中国四川成都
发个断轴的断面图上来看看,可根据断面的情况,分析断轴的原因。
发表于 2010-9-8 07:26:50 | 显示全部楼层 来自: 中国江苏南京
13# z1x2h3 7 B2 B$ Q$ e; D3 d# C% l
可以这么说,80%的责任是设计者的。
发表于 2010-9-8 09:55:04 | 显示全部楼层 来自: 中国重庆
13# z1x2h3  7 b5 h( `. Q3 e& g) g1 {4 b
可以这么说,80%的责任是设计者的。( W3 m$ X# L9 M% P6 z
jrzys1688 发表于 2010-9-8 07:26 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

( X# o0 N) M5 o& R3 p& U8 y5 w8 [1 N+ v( G7 g/ ^% O9 g
/ o' D$ L/ G3 P4 w/ M: n; }
你能不能帮忙算一下?看看要多粗的轴?最好画张图,光杆也行,技术要求等符号注意标起。& E1 t3 ^+ X4 B) H
; c" m9 W, [9 _
让大家学习下你这位大侠的杰作
发表于 2010-9-8 09:56:11 | 显示全部楼层 来自: 中国重庆
我用的轴受6000N.m,还带冲击的,比那也粗不了多少1 @) ~- I( @+ w: H6 D
十多年了,还很好
发表于 2010-9-8 10:23:44 | 显示全部楼层 来自: 中国江苏苏州
99%的责任是设计者的。
发表于 2010-9-8 11:18:40 | 显示全部楼层 来自: 中国河南焦作
你们安装时如果减速器轴和电机轴的同轴度超差,会出问题的。当有转角误差时,减速机轴会因疲劳破坏而断裂,即使当时轴的工作应力较低时也会断裂。

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发表于 2010-9-8 15:57:12 | 显示全部楼层 来自: 中国江苏苏州
本帖最后由 ok22ko 于 2010-9-8 16:03 编辑 3 E# y0 U1 ]. q" p7 E
3 ]- w( N, I$ O5 X5 m7 c
有没有热处理,,,4 ^( x- k1 T1 }: a9 T# w
. |7 d' ^3 L3 p, h# D% ^7 b
=================& R/ @' T3 N: p+ a. h  y. R
补充一下,加工的时候,用的是棒料还是锻件
( a0 ~6 H1 V3 k+ P4 W- c9 z' t) S
, Q3 X+ S) D: E, R7 I8 Y还有就是,退刀槽有没有做2 w3 O& F6 z& a3 r

' ~% J6 {; o& k& |6 ^: S3 q  {
2 V& e7 W. ~, Q% k0 k; R至于为什么我会提这样的问题,因为我们给宝钢项目中,也遇到过一次减速机输入轴断裂的事情,当时图纸是SMS的,人家设计的应该是没问题
* t1 l2 O/ O, w
/ J' d+ U; }5 @0 r2 t% k& q输入轴直径好像也就ø40吧,,具体尺寸忘记了,反正不怎么大,( ]8 p- y5 C8 v- I4 q

% S  E" `/ L5 A我们是外协给别的厂家做的,结果断了,
8 J" P1 b8 _. w4 X+ E
" T* r% S' X9 b3 r问题分析出来,原来人家居然拿棒料,40Cr,- C: L& m" A1 E& q$ c

, W! `2 W. T. c  N后来我们自己做了一根,材料换成42CrMo,锻件,用到现在还很好

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发表于 2010-9-8 16:54:43 | 显示全部楼层 来自: 中国重庆
有没有热处理,,,, W$ Q8 E, D! y( Z4 D% K

  c0 g1 p, ^8 C$ X$ d' e, k0 s2 k=================  i7 z+ q' `. n1 J( q  I1 l% Z
补充一下,加工的时候,用的是棒料还是锻件, L1 ^7 G( u. a, a2 U4 L& s

( V, c* J) Q$ e9 L9 V4 \9 Z还有就是,退刀槽有没有做
4 P% t! X8 J. U: l( \7 g% P# d# n) b: @+ h7 b
+ ?$ {4 R) Q$ h( u
至于为什么我会提这样的问题,因为我们给宝钢项目中,也遇到过一次减速机输入轴断裂的事情, ...
1 y+ Q" b. p+ n) u  c5 L2 \7 _ok22ko 发表于 2010-9-8 15:57 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
0 ?2 Y2 p* a2 l+ T
: a0 n; c; s/ ]
实话实说,这个论坛有一点很不好:& r& O1 S, W* d
# H& e2 k2 }* Z: W4 v) d
很多外行充大爷,说话还牛X的很,球都不懂,直接说是XX问题。
! N2 F! i3 Z- v1 H( C7 o& m
: l( k# ^  Z7 e8 @5 o  X9 I0 a如果你能说个1234,即使错了,也让人信服你是搞这行的呀。+ B# d- W7 M6 a$ k3 O6 h  c# ?
4 f* N) K* i9 k
我在其它论坛就很少碰到这样的人。
发表于 2010-9-8 18:28:10 | 显示全部楼层 来自: 中国河北保定
弱弱的想问一下,轴在运转时的同轴度如何,同轴度不好,可能动平衡不好,产生振动,然后会产生裂纹等 。

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发表于 2010-9-8 20:24:54 | 显示全部楼层 来自: 中国湖南长沙
不同的热处理,加工及强化工艺,所导致的结构超载能力差别可达到好几倍,再就是千万不要用中国的各种经验参数/安全系数去评价欧美的结构件强度----差别大得了,个中原因,老师傅差不多都知道的

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发表于 2010-9-8 20:29:53 | 显示全部楼层 来自: 中国黑龙江佳木斯
1、学习外国的产品最重要的是搞明白材料的材质,实际上我们设计、加工水平很不错了,材质才是大问题。+ B3 \' a6 j% l( V/ u( R
2、如果利用我国材料应该严格按我国的国家标准进行设计,因为他适合我国国情。/ I+ `: V  B0 f+ w5 u! H+ c" \2 N
3、我们设计院翻版外国设备绝不拘泥外形而是着眼于功能设计。
' k8 m5 n* W% H* r' C7 \1 J4 C以上仅供参考。

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 楼主| 发表于 2010-9-8 20:51:02 | 显示全部楼层 来自: 中国山东淄博
计算好像足够。# }, b) G: d6 {. s" Q

) N- R' G; W* z6 @" m+ D' k最好把断面及断轴对接后情况拍下高清照放网上来看。
' ?5 [# G1 i1 {! U" j$ w要么请专业人员分析下断裂原因。
! G$ @8 t' x6 H8 s/ ]# u, h
& E5 [3 q8 e  [: w你图轴、装配图,热处理状况也没有
; U& B3 D3 N9 ylussssssssss 发表于 2010-9-6 11:34 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
7 W9 R) a: E4 k; e) S

8 ?4 j- n( T. W- Q请问你是怎么计算的,怎么就够呢?
/ Y1 t6 B/ a- N( w$ m5 r: j5 l ' @, B4 p% a9 C6 a! q/ E
照片,恐怕不行。我们公司很保密,而且,我签了竞业协议(我们产品全国一流,世界争份额)
 楼主| 发表于 2010-9-8 20:52:44 | 显示全部楼层 来自: 中国山东淄博
安全系数取得多少啊
* Q: @0 M% [# Q! s/ [- N  r- _+ bmeizhou 发表于 2010-9-6 19:03 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

3 M1 b9 u; J8 \+ C& k# @  t3 V* b0 q9 x+ F1 }4 o; w* ^
使用频率不高,每天约8小时2 |, k/ ~& v$ j2 k+ b: P+ r
% c  j! v: D' Z" K
安全系数取 0.95. ~1 N3 Z/ \8 p

7 |7 `5 S/ Q0 b6 L; t8 p/ q) [% E0 O8 G. O8 U6 w
最关键的是,已经使用了十几二十套,唯独这一套出问题
 楼主| 发表于 2010-9-8 20:56:28 | 显示全部楼层 来自: 中国山东淄博
40的轴2.2kw会断?
( V$ [4 f6 a. Z4 k/ \* x你最好发图片,  感觉你那是木头轴# k0 y5 D3 w) \$ |- T
wwll13 发表于 2010-9-7 13:38 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

, K7 B; i, Z- l' K$ Y8 Q- _
/ @5 c: }9 i8 h( U9 h. L兄弟,你这句话从技术角度来说,有语病
# K) A/ Q; Z, N8 ?4 F% d1 m6 U+ r
* Z. g4 b. Q8 H* M4 PT=9550*P/n% k5 T2 p+ ~, ]/ J
: u/ h7 i8 N, o, L, {  I
转速低,扭矩大
1 }% z/ p2 q( D. Q  f: z
2 R4 i' u6 H% q2 r理论上,给我一个2.2KW的电机,可以扭断你400的轴
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