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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,
- @  l4 p' d. [, I$ F1 s+ w) ]) x5 Y( g; G+ @0 n0 n) b
减速器输出 T=860 N.M, n=24 rpm ,减速器输出轴直径Φ40,
# ?  P$ T" `% L- t" S  p
+ b) l8 h1 s& N* [- E  g( P6 K取η=0.95  & j0 y# _  {9 {" D

# X, Z! r, h! j9 d根据机械设计手册第二卷  D=A(p/n)^1/3
. ~1 v, R- Z, H; l8 R( Z
1 w7 {: W. r* A* t. Z由于输出轴采用42CrMo4  其性能与 40Cr 相近 (A=97),但 抗疲劳等略强
% Y. M  ^  H- \/ ^" H) o8 Y8 A7 z! F& T( u* G
故取A=92
, q( P# k/ r9 L# ~" m: C6 g; x. t) v1 J9 G  `9 [
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
9 K9 \# x$ ~  [1 U1 M: V9 h+ t) K: O* s9 w* `$ J7 I: V7 s
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- Z2 r8 g* C+ P; |8 ], ~1 O
; ~0 \6 ^" C+ f' l7 C3 I
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. q3 Y5 w9 \- W) F; H% P

, f. g! R! a& d& z3 p% b, F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;
1 d4 r1 c. o3 W( [3 l
9 y- p. S9 |- ?$ C* U& O$ ~. b5 m  d
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$ K4 t, `1 S' E& A7 N

& x2 S: D4 q" h; v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 E, J% z- _" k  A, a" H
5 @7 S. C" N5 X. ?/ E9 ?(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
' C9 g  \/ }9 M+ e) o8 L  k8 U% G) ]9 y7 o$ X
扭断, 看一下断面, 和断的位置,
: C# L2 g2 B  G5 G. d4 ]7 m, n) S3 T" u
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./ c+ D9 o# J+ [% _' v  g( A% [5 e
' z, n+ K2 W. w  I  O. }
可以改一下退刀槽,为圆弧.不要直角台阶.+ b9 w" n: [5 p7 E+ a

" @" ~, F2 w) `4 V2 B则加粗轴直径,
, C5 Q  B% {( P7 e- Q, e
/ ]% m: L" d1 S) N1 M- Z  [大约估算了一下!!!( R5 n5 [$ ], U2 X$ d5 ?% J

4 p% e8 N) G! c8 z& D) Y, ^, c你的2.2 KW的电机,  直径40MM的轴, 去掉退刀槽, 最多35不到.* K  k, x+ O, V2 M7 C
5 ]: W- y! c9 O
应该是直径不够./ G: L3 I% B1 |* w% E3 K

' |$ B1 c% D) W而且,还要考虑扭力的力距方向, 如果两端都有轴承!! / u$ p1 i) R5 t
那轴一般做成 中间粗,两头较细, 因为力距是两边平分!!; u1 o9 R( `* A1 u2 r: @, y

4 u5 r: _3 m: s  \但如果是一端受力!!* D' y* P2 M7 R/ `$ n. ]
则极限时, 可能发生, 远离受力的一端为负的-100%,
; D8 x; l- v# u; l而接近受力点的一端 受力 200%的现象!!& F$ ]% x) V5 W9 G1 w, I
: u. ~/ |) S' D- a5 X# i

( M6 w4 j6 S% G! d5 U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, 5 b6 {* d$ s+ c
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.6 S5 Z; x% V( D

4 g" I- n; \7 ]! H( |8 j+++++++++++++++++++++++++++++++++
" ^( G8 g  [& _: V5 u& A" H' z6 S
- s! T4 l  J0 ]3 ]* E3 Z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.1 }9 t( J! g# X
1 N) ^9 m% E2 G" ]0 d
但实际中, 都要考虑动载荷.' x( B$ i% @( z5 t% H
/ }. p1 L9 x& D' O$ `# E! b9 T3 P
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' L) b, q, G) E+ ?" K# T
" e3 A: a8 X# \4 j3 ]$ X8 ?
那这个瞬间, 还是死算的那些扭力吗?!8 u& A+ }! J" f
0 B1 F: {0 F  p1 u/ F, A+ u, ]$ M2 F$ W
这个瞬间, 可能3倍于静载荷也说不定.

# E+ m: E  b1 E9 ?) ?7 _
. v+ ?3 n" B& t* w. ?并且,平时的抗扭强度, 在某些时候,瞬间会演变成抗剪强度, 3 r  w5 U: I/ G# \

# }8 a" R8 Y* F/ C2 ]
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!!
: A) D1 c8 M$ x* s- b$ s; \0 M" w* {9 w* @5 b# L
人是活的, 一些经验更重要!!" Z9 k. B: ]) }4 u0 w2 U. g$ a
) `) E( |" e# ^, R0 P( t9 J
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
& G# m2 n3 D  Z: R& Z
. J, T& I9 J' n1 D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!!/ x; T) t, n( B; A

! m+ O8 K: T# l5 x老师傅一拿到钻头2 @3 u9 j! ^2 z" t; r
) u% X* p* u' m0 _5 `9 B7 {
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 ! Q/ Z6 s& a7 B9 Q! [
" x5 f  |, M6 R2 Y* v2 `$ s& g3 k
一句话:
' n: v' G1 U5 ^% V/ C/ p, u2 @7 d: e9 i
设计减速箱, 如果轴被扭断!!
$ n" c9 Q6 Q" f' [# Z0 J* m+ @- F, L3 ]
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
! @) c' F, \2 G) ]/ D/ l其次,说明一些问题,如下:
6 A% C" _$ |5 B4 Q9 q
5 o5 [0 k; W7 k1、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,
) J$ l9 ?: C+ `& ^0 a* w暂不公布品牌,以免因为草率武断对其造成负面影响) 。9 C& d4 v5 i6 R  M& Q4 O
( d5 y$ r3 L0 X; N
2、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。% j1 [. m) w7 \, _' z7 M. T$ Z

& P3 V, F$ g3 i; P# O! a3、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;
" X6 K0 A; P* a- I* a0 t6 d
( J5 Z% {* ^  c: `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,4 {) L" g- e, g$ h' O7 l7 ?

6 n) n; g- t# B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 9 j' C3 S: @" T- x4 h
. S: q* Y# Z% d: A) R
计算好像足够。
7 t3 ^( l7 J# {  ?6 ^, O' d: u& T: C% F0 v4 h3 \% k
最好把断面及断轴对接后情况拍下高清照放网上来看。4 U- u* K1 }$ X
要么请专业人员分析下断裂原因。7 Q7 u3 \( B: m4 y7 d# Y) q6 `

; F: n3 T5 o0 L; c  E, R* i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:9 D" v, B. m$ ?1 ~
& N7 z) ~! c+ m0 U& z8 v
设计减速箱, 如果轴被扭断!!% b  c% ^  h6 A9 [+ R7 P
: D! q* U( i8 P+ X
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.
9 c2 C4 a- e# I软体动物 发表于 2010-9-2 09:44 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

6 J2 v$ d) d4 E: }: {4 f4 g: z8 h0 e6 }3 F) @( R* J

/ v( u5 k: |% p( O% ~" U  n: |, K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
- R" b5 z9 v4 ?: f  C! ]
安全系数取得多少啊' _2 E5 }& c" J2 S8 L* p
meizhou 发表于 2010-9-6 19:03 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
1 h  R2 L  }) t3 [" M# Z
1# xiaoqh119 & S; C/ T+ T- {7 _# s, J7 u
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?0 P0 q( _% N4 R+ r# F
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 ) s* M6 K! r  Q& ^  [
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    R, K5 q- h6 G" J/ n0 G/ _
可以这么说,80%的责任是设计者的。# K/ V0 ^% y) z6 x2 P0 w, W
jrzys1688 发表于 2010-9-8 07:26 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
, x% W+ {# a1 I

' Q  j9 k) [0 J3 B9 {0 f7 ^# z
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。7 h, B/ j" y8 f( Z* I, ]. _4 v
) s) b9 A7 N1 y
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* Y6 ]5 W, m! t! \5 J% s' P) j; E
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
" V; s  S( C* N7 J; F: J7 Y1 G* E8 d& ^  x0 [5 }1 T! b, e
有没有热处理,,,, y& o" n6 U  a1 f

4 y) v3 N  {' A+ S9 d* z=================
7 B1 y' s- o- z补充一下,加工的时候,用的是棒料还是锻件# X5 D+ I" A+ @4 G( L. N- s

$ G2 _0 v3 P: }* A4 K( j- N. k还有就是,退刀槽有没有做1 Y# j  m+ z4 |1 ~

% m; V- I0 L- w- W* i, V. ]0 ?, M' u9 V$ g8 X$ I
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
' \( k# {' }3 ~  l8 A( Q$ l$ h% x* C* _7 |6 i! H" U- S
输入轴直径好像也就ø40吧,,具体尺寸忘记了,反正不怎么大,
* O4 d# ^; K$ x$ `! h& Z2 r% Q& F
, W/ g( ]" z: R0 M4 c. c% |我们是外协给别的厂家做的,结果断了,( `; t& z8 ?* `# P( g/ W# M- L  U

1 X$ f+ v8 v+ J问题分析出来,原来人家居然拿棒料,40Cr,
8 A; q1 s/ x3 t& r, K. |+ j3 E: E. W6 c; m9 S/ N, i
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,,,$ S9 K0 V. L% }+ ^
% m. x" h/ |  w2 T
=================
" u! h2 t$ k3 {& {4 [补充一下,加工的时候,用的是棒料还是锻件1 A: e9 l- n$ [  V: T
& l5 U3 z6 {5 v. b
还有就是,退刀槽有没有做
# V  H% E7 Y& z: j2 a7 R* m) i+ h1 i, g7 g' U8 ?9 ]& D
$ B$ c* e8 v, \: }
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, ...
2 `% t2 d4 x/ _& ~5 {ok22ko 发表于 2010-9-8 15:57 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

0 ?+ c2 Y# ?& x' I' b
0 s2 G( ]0 u& w实话实说,这个论坛有一点很不好:
8 I6 b! S2 d# \9 A$ m5 q
0 i* ^4 M: T$ a: Y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。
0 B/ D. x. L. b. d& R) T* ~* P% W1 J6 {3 f# B) e0 W6 t' Q
如果你能说个1234,即使错了,也让人信服你是搞这行的呀。: P5 V1 d. v- B
$ t+ F( W# B) a- S2 c; r
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。
; n  T# n3 h6 g; K. v2、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。2 W' ^6 @9 l9 K  w* I! p4 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。' Z3 v0 t/ A: X# X6 B6 Q5 W
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。
* j6 I- X6 X; n% J1 m( I$ G6 I' o1 Q4 w! c3 T
最好把断面及断轴对接后情况拍下高清照放网上来看。
6 \% _1 ~6 m3 U: N' G要么请专业人员分析下断裂原因。, y- E/ q5 u9 ~* q9 L
' H8 f9 m3 M2 D; R5 N
你图轴、装配图,热处理状况也没有8 [& t, L/ d( q0 x( Y
lussssssssss 发表于 2010-9-6 11:34 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

! C$ @, S6 z2 j. a: a9 ]
! v# M6 ^' T' r$ R请问你是怎么计算的,怎么就够呢?
' E2 z$ x* \& w+ n ( D7 U0 D# w: O5 W$ C! Q+ z7 ~' c) d
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
6 Z. [+ a5 N+ d8 x1 O- nmeizhou 发表于 2010-9-6 19:03 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

. }: `, _* V+ |3 R- o6 h! H2 d4 _5 c3 y+ y
使用频率不高,每天约8小时
% M0 [$ ?8 V: s3 L* g1 x8 t) e! A; U2 x6 q' L# z3 H
安全系数取 0.95- \+ [- C; E# |9 ^

) X  M& q4 B5 `' x; E6 R0 `2 h/ b' |2 U$ y% L3 b
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?
( g  y4 u: x' M1 e你最好发图片,  感觉你那是木头轴
) B2 }/ U; y4 T% Qwwll13 发表于 2010-9-7 13:38 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

- K0 V( m# V+ a: t6 ]7 [2 C) C4 S, x0 Z
兄弟,你这句话从技术角度来说,有语病
! K8 n; D5 s. @7 J# p # ^' I; P: M- E# t9 P1 }" t, W6 I+ Z( f
T=9550*P/n
. F6 q! o: w  f* Z' c' u4 C# X8 A 6 z) L7 l: V4 d, @  F+ L* b
转速低,扭矩大
( T4 C  i3 Y! r5 o5 w0 p * p6 H1 h3 q% f: c4 F+ H9 d* U
理论上,给我一个2.2KW的电机,可以扭断你400的轴
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