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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,
$ k" x5 C+ O' Q
: P- k9 w5 E, g减速器输出 T=860 N.M, n=24 rpm ,减速器输出轴直径Φ40, 0 Q) M6 t6 r1 k1 m. t2 L0 d

. S( M( C2 ~2 i2 e9 w0 [$ w$ a取η=0.95  & e0 T  b) ?4 D- x4 T: O  R+ w
0 l9 |1 X0 g* b# L% \0 s
根据机械设计手册第二卷  D=A(p/n)^1/3! W; r% b3 W3 b5 j2 v1 o
) K; j; H# `9 I+ d" T
由于输出轴采用42CrMo4  其性能与 40Cr 相近 (A=97),但 抗疲劳等略强8 k6 d# w. d2 `; ]% a
9 q( p) I8 T( i5 a
故取A=92+ z3 _1 _3 `; f9 |
% c9 N! s; o. M9 i$ m1 Y
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, [' O" {0 N, f1 i2 g" t
! T. `$ }- b' H, W% z
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: d( |( p) y1 z7 j; @. v
4 k7 ?5 \3 i9 P/ X. P
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
+ E: a1 f& t* J0 p- u- M  _8 W& O" {+ R7 K( v5 ~5 ~
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;! n5 M# B1 |* V4 J  o7 T0 j

* ?  u, x& W9 H; |; {) t3 q9 p2 w: ?  x8 O' |: r6 V
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/ j, H$ O  `1 p# ?0 ~  N0 h6 z0 \% K& b

! C! T# Q- A* C: l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1 D" B  P8 A( v% n2 u
& \7 v$ o, v. P0 R- _. ]
(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 / v, a+ u* h/ ^6 v5 z8 R

& s- u2 w4 e$ R! e4 ~9 k( @9 h扭断, 看一下断面, 和断的位置,8 f4 O! n& f6 E; ?
) E, W$ G+ |- z
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.
, G% Q8 ^! @% `$ w) }% V
8 V, P/ p( z1 H. u, O可以改一下退刀槽,为圆弧.不要直角台阶.$ I; e; I% Z" u, ~' T8 p) d0 Z
0 U5 u1 ~; ^+ q/ Z8 a/ x
则加粗轴直径,
! l# K& |) K$ k2 C3 T' q5 X) T! e3 e3 L6 k: X" \7 m+ ?+ R
大约估算了一下!!!6 d& S, X3 z: Q5 R, s# g
9 r8 u* e% W, E% j6 C7 o) G
你的2.2 KW的电机,  直径40MM的轴, 去掉退刀槽, 最多35不到.# T$ [% b. T& r
; r5 ?6 C; [. o
应该是直径不够.
- J3 l; B0 B8 b
, Q4 g9 A0 x  L9 Y- l  ]% Y: c5 i而且,还要考虑扭力的力距方向, 如果两端都有轴承!!
3 N. m1 Y& M9 Z% {/ u5 x那轴一般做成 中间粗,两头较细, 因为力距是两边平分!!
" t  i% s) ^. a% R- B. T: W
& R6 }: |0 `: o3 C3 U6 ?但如果是一端受力!!& x; A( w) [5 x
则极限时, 可能发生, 远离受力的一端为负的-100%,
/ @! b7 h3 k" i7 Y6 Z' m! b而接近受力点的一端 受力 200%的现象!!
6 x5 E9 V5 ]9 J* h; H# h2 i( Q- b! }7 i

% T- v/ O# }! X3 B1 h: u1 S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, & ^1 x, I  _7 T' ^. d' g7 X" M
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.4 ~# R; z- Y; k& J! D. }9 ?- J

3 ^( A/ j+ O2 |0 O* s9 z# v& V7 c+++++++++++++++++++++++++++++++++
$ @$ ^$ W2 j! S0 b$ }0 k
% Z# G% y4 `- o0 I6 y% ?$ [* L1 i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.
; a0 _' U* D" F  g" A$ k0 l+ _% A% n! V7 r7 G2 ~
但实际中, 都要考虑动载荷.0 p9 X- b/ }8 g" {  F; ], R

4 S) z) ^& p: ]$ J. ?1 w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3 M* E6 Z8 U* i3 ~( o  U' b

% m- X& B' S, ~8 D9 B那这个瞬间, 还是死算的那些扭力吗?!* D  H  W+ [& f( o4 w

3 A( }2 E1 W/ }( Y. `' M5 O% ~/ b5 a这个瞬间, 可能3倍于静载荷也说不定.
, B: V5 M6 Q: M3 w) [

3 F+ ~9 E- B7 n5 d并且,平时的抗扭强度, 在某些时候,瞬间会演变成抗剪强度,
) x$ S- ^6 Y5 y8 J* m  z3 {- |- I3 z
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!!
, z/ J/ E: ]+ m( B
4 d* ~% b7 c$ T' s; |5 _人是活的, 一些经验更重要!!' k2 ?# ^7 H" Y/ X1 ]
" }% I# D8 P4 v
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
6 l, G# i4 a8 k2 _$ C' o2 M1 |$ p' d& ?& d2 c& y
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!!
1 e. Y$ z; K/ x3 k$ S0 {; [
* l1 F. ?4 K2 b9 g. y& w+ W/ g* g老师傅一拿到钻头
$ @4 e) U5 J4 t2 n, a0 m4 |$ u3 c( [4 ^. ~& A7 V  A. Q
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 ) }( y) R  a) U8 }1 C, Y

6 q/ L$ X0 j" s' k一句话:
; u. h( u7 }1 h/ _1 S8 V. d" O, o+ Y
设计减速箱, 如果轴被扭断!!4 `0 C6 W* x. ~2 r, m6 W
' e: Q/ n( O/ w9 `, z
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5 {' ^$ T+ \: N# J
其次,说明一些问题,如下:/ }/ z0 z" x$ @/ I0 N: |

; w/ z  Z0 P& u& G  t0 U1 m$ C3 c1、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,
  ^1 G/ s5 p) S* ~1 C" h3 X; W暂不公布品牌,以免因为草率武断对其造成负面影响) 。# \, |! b$ p- e# u
' O) n/ k6 ?: C$ ]6 `
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。2 C1 {) }6 g( ~/ R7 e" Z' v
$ N. e$ |% \# S  P
3、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;
5 }1 u6 T! K8 }5 J) M, ?8 X; a/ [! l& L1 L9 D7 k
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,$ Z7 d  h& G6 ?9 L
- W: O0 E$ |1 c1 r; X  [3 v" e
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 " G6 Q2 k0 P$ ^3 B  g$ M7 {4 B' x
) W" d* d4 f. `' n* g) e0 n3 [) c- ]
计算好像足够。
9 t3 i8 g. k9 i* `) }- E  |7 a1 K6 m
5 c/ l* ^- q% d) c1 w* q! u最好把断面及断轴对接后情况拍下高清照放网上来看。
7 k2 G9 E& O& h' h$ g+ V1 V要么请专业人员分析下断裂原因。
% X0 S8 G' N9 t1 X! N6 P6 U- o: Y- ]/ 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:: v" D. P3 y6 n  S- E  [
3 ]( f* q/ b* f1 b
设计减速箱, 如果轴被扭断!!3 O# i6 G2 c% J, M' \

+ T- `" S' R$ N; h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.
; L! K- _/ B) A! Z( R+ `8 [5 y6 _软体动物 发表于 2010-9-2 09:44 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
, K  A+ K& |& N) n& Z  i4 B# w
* [. J6 u/ L' E8 F+ t
9 P, n, o( k. v7 ^* u% w
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
  T* S3 g1 w; u+ H. Z; K4 w
安全系数取得多少啊
: h: X6 S0 {" K+ B% u  lmeizhou 发表于 2010-9-6 19:03 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
+ e, [3 Z3 k- [! g: I  a
1# xiaoqh119 + \2 J7 k; |& S
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?9 l. u9 \; l+ M" i3 S1 ~; h. k) G
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
+ @( |- Y2 l9 V$ p* E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  
/ P$ H8 j( b- a9 i: l* h可以这么说,80%的责任是设计者的。- y9 [2 `3 n9 m+ }1 h6 p
jrzys1688 发表于 2010-9-8 07:26 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

6 Z( H1 Y+ C; k: j3 a+ x( t: Y) G* f5 O1 v5 B& }% g8 A$ L

/ ]& v- Q4 I& F" X! v: E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 V4 R8 \  n* n& t, x
8 U' n9 H7 F! ]2 T
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
. U3 k$ O# U7 T( m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
/ a' |& Q' s6 e# c1 a) v+ x  U7 S+ y5 h* z1 @4 c
有没有热处理,,,
( v6 Q9 P0 T4 d9 n1 f: R' j3 G" F
=================
1 i* `" m. R# a2 o6 h补充一下,加工的时候,用的是棒料还是锻件5 p- p1 {: j! @- x- E2 W

! q/ G$ B% x: c; p  p还有就是,退刀槽有没有做8 [# i* ?& ?" s

% o' l9 a: E- A7 S# w3 ]
3 i& t9 C  J8 u/ }  x/ M! f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
" D- y4 b7 Y) ]
3 ]/ `/ Y$ g4 }1 Z- O" z1 m( I' d5 D输入轴直径好像也就ø40吧,,具体尺寸忘记了,反正不怎么大,4 I3 Z- d2 d9 T% S- l

9 g" f9 A  o+ V; w! w3 `2 d我们是外协给别的厂家做的,结果断了,3 s8 _2 W# B* i0 R2 @
# M) t9 l. |/ Z( b; p, N1 V* B& \
问题分析出来,原来人家居然拿棒料,40Cr,* \- @) p- D+ S; A  \9 y
3 b, C$ i8 A% n* A) p. l3 ^
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,,,6 y; H% X6 G" Z* i+ m+ b
% P' _' `2 l1 l) ~8 w
=================
  f& W0 O7 h6 g5 N: F补充一下,加工的时候,用的是棒料还是锻件3 w+ Z' ]9 P! c  w1 b. F3 ?" e

1 k( p: H0 A' ~还有就是,退刀槽有没有做' c" w: D) U0 E; o1 _2 [7 V7 ~
! ]: H7 E1 I2 _7 A. H% x( B
0 j& I  @& B0 N6 x3 p* F5 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 e& R/ j+ X3 h
ok22ko 发表于 2010-9-8 15:57 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
# x- x+ W- n7 e( y
$ N6 N7 O' e+ n' a! j
实话实说,这个论坛有一点很不好:
, G$ N5 X5 ~& t$ V# T; I, o$ |/ {8 Z; a% |' ^: ], q: O- n8 i) \
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。( D* j! a$ i' F- o! }
, {/ H! M  {' ]
如果你能说个1234,即使错了,也让人信服你是搞这行的呀。
% x( T8 A7 G( {
2 a1 A% c8 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。
+ ~7 Y7 o1 _9 ?4 P3 ]% d2、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。
; d# }; ?) t- t/ t- U/ H3、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。; N' |8 x. h- U; U& E+ R
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。0 R: d2 B3 f6 k* J1 G  A/ ]' T8 d

9 I" W+ R6 D% z3 u最好把断面及断轴对接后情况拍下高清照放网上来看。
# s( N- C4 F: q$ @( S3 `% t1 w/ O要么请专业人员分析下断裂原因。
. K5 A4 ]' i# C, j& M& ]0 Y
% T$ Y/ _. K9 T/ s+ }0 ?你图轴、装配图,热处理状况也没有
( _$ @$ }" j* v$ Q+ Alussssssssss 发表于 2010-9-6 11:34 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
+ T# y5 U- i3 g9 `6 d% O2 _) G

1 `7 R# ^2 k+ x! ]" C请问你是怎么计算的,怎么就够呢?) q+ |. c  G) F) C/ g) X: u

6 ~/ \& g6 ^/ u( X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
4 O' d! ?! t) Pmeizhou 发表于 2010-9-6 19:03 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

+ C& R% m  w3 W" ~/ b. a
' [7 \1 w" m6 k, S使用频率不高,每天约8小时$ }1 x2 s0 D8 F- B1 L! g
  K. t/ g' \, z; R2 y! z
安全系数取 0.95
) a- m# }$ D& |1 B2 H- S1 h5 m- `: M" ?; e/ X

9 G! V$ c0 e& H3 I1 t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?
+ s/ C8 @! z. X$ @: a+ z, L你最好发图片,  感觉你那是木头轴3 j  Z; K0 h$ x$ M$ e
wwll13 发表于 2010-9-7 13:38 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

6 |% \5 |4 u; u% b; P
, }: G+ d# T- P9 x兄弟,你这句话从技术角度来说,有语病7 c7 L: A" d* V% @
; k$ @* e/ I' B% I7 N. y
T=9550*P/n
, j8 d& {/ d+ x; i, M2 X# N
: A# i5 d2 W$ z  C/ \4 j$ M" a7 W转速低,扭矩大
9 {& b2 t9 h* Q) P ' P5 {1 K2 q- p8 i& N$ ~
理论上,给我一个2.2KW的电机,可以扭断你400的轴
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