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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, 8 r0 {9 y% P( I5 F& t2 G; o

7 u, T! C% h8 P+ w/ a. Q5 H' T6 m$ c' @减速器输出 T=860 N.M, n=24 rpm ,减速器输出轴直径Φ40, & \3 p( U* J4 l9 V# A" |

$ j, I! }+ T$ L1 r0 F4 `8 w取η=0.95  " h% L5 e% }9 E; o
* b) L* a6 t& i2 p! _% j/ H. I
根据机械设计手册第二卷  D=A(p/n)^1/3
5 n! X6 y3 v+ @* n4 B
0 z% h" @! G1 v1 f  m由于输出轴采用42CrMo4  其性能与 40Cr 相近 (A=97),但 抗疲劳等略强
& t. p0 q5 F7 y1 K/ T$ _6 q; b; Z" m' F7 N% O: R
故取A=92
+ H1 `( s7 S5 V7 ~2 E9 d0 [! l3 r
/ ~' I/ q( Q9 J! K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2 o+ `+ W% o, |

; a% o* P3 U4 P4 W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) ^2 o  N# y: ]% X+ A8 V$ J  E" P

! U' E! h! j( o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0 `# \3 v& Y# C; L
+ ?7 v. T2 n* J
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 a3 H( ~/ p' @0 e
$ y' ^: ?3 Z5 q1 ^
. }0 z* E0 J! }  c+ R; y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
0 ^* M( v# M0 X# Y3 y
9 y+ k) x8 `6 Q1 J% T: m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' C/ D/ q/ H" ?5 b9 u* _. C
3 C* N4 h& E4 q! Y
(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 h0 l+ Q- n+ |4 U+ d7 g, A

7 T2 {! a3 x, i8 [8 E; M1 y扭断, 看一下断面, 和断的位置,: |# o3 f9 g+ y$ I
& V8 ]% B8 X( K" {- H  s
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.
& ^' F- A4 j4 x. u1 A" T8 R
% R: l* i* m' c& ^/ J2 _2 k可以改一下退刀槽,为圆弧.不要直角台阶.0 g6 Q" S& M% ?2 @% S* w
7 O* F7 z& D, p, e% z4 a
则加粗轴直径,
+ X8 W3 I( A, S" E7 }, g$ G" h
. d- M/ R/ P, R+ U7 {7 p% a大约估算了一下!!!
0 [+ h( c9 g& e6 e9 J2 C1 B  z: X, J+ [# U2 P$ _) E
你的2.2 KW的电机,  直径40MM的轴, 去掉退刀槽, 最多35不到.
4 {5 c* r( V) D, `7 H/ E7 Q; m& V/ d3 S! `. \# k
应该是直径不够.1 G' L' t5 I# n$ d
7 I3 n1 Z3 D5 }7 S$ y
而且,还要考虑扭力的力距方向, 如果两端都有轴承!!
' P* H5 t8 o2 s. v+ @那轴一般做成 中间粗,两头较细, 因为力距是两边平分!!4 W5 k1 L- _  @5 V9 ?/ ^+ B: `
: [" W9 X$ B% @4 [* b+ I
但如果是一端受力!!
9 }0 l7 L$ u1 X" E* x! d3 I则极限时, 可能发生, 远离受力的一端为负的-100%, * \$ X  g: b- u$ t% ~
而接近受力点的一端 受力 200%的现象!!0 i4 d. \) E3 q% [0 Z5 B
, K2 z' f7 _8 W" `
: T' N% E; g3 K9 j9 j# e2 a" g3 @
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,
0 s" d6 x" S4 [, X- _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.
) r* x* U2 f- w7 R6 ]6 z% r3 C: \! n" {' ?; N5 F# `2 h% `# j5 Z7 a
+++++++++++++++++++++++++++++++++
/ f. a8 |1 [2 r3 Z6 g. G/ Z
( c: F  z! F* g4 z0 w$ A8 ^5 h: D2 b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.
. i! z6 }5 ?) \7 d3 I9 z% U) N8 R. _. V. B+ _
但实际中, 都要考虑动载荷.0 Y/ i( g8 a6 ]# F% x/ ^& q

' W- ^6 F3 X5 h: E, `. {8 o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6 r+ S# D+ R1 N$ ?  O3 ~

& m3 b( a( |2 o0 F, F1 b. A& f那这个瞬间, 还是死算的那些扭力吗?!# c. _, L( ^# H! W: O7 ~! m
5 t, }* r2 R4 V2 r* D* Q
这个瞬间, 可能3倍于静载荷也说不定.
) }% f6 q' ~7 s; Z% M% x4 W
6 s& X+ M# Z% c2 U
并且,平时的抗扭强度, 在某些时候,瞬间会演变成抗剪强度, 2 K/ G8 i+ d& g, h

% C# P7 D+ e- q: @$ X2 y' G! d
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!!
3 ~* G& {8 Y0 j, a$ r9 V& d
! s. ~& l9 r% K9 z人是活的, 一些经验更重要!!8 \8 J: O+ K4 b2 n! n
1 f. r% T" P4 `8 M
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
& {: F2 t6 U" t5 l9 L
0 q( s; B7 X& k/ p# m* p2 |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!!9 f6 n) o) W3 ]0 ~9 g. q

& O' O/ M. n, n2 T" i5 s4 W4 V# |" f老师傅一拿到钻头
$ e' ?. v( P7 k/ o2 L
9 U8 j9 @) F3 J  k1 r+ ?4 z3 D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 6 H/ q4 D4 [7 D7 [

$ |+ X$ [6 f+ l* s, C+ ?7 V一句话:# g' V' \* d2 }0 v
# B1 W! z! K$ T, K2 @: y" m! m
设计减速箱, 如果轴被扭断!!
+ W- \8 {$ m4 c  B2 F! Q* \; \0 Q4 |% R- U/ J
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. e0 W/ g" B1 e, b+ ]2 i$ [
其次,说明一些问题,如下:
- a, s$ q) q% R. w7 n2 D% B# q7 ?& c2 A* K) R
1、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,- Z8 F3 [/ m2 ^9 }2 r# j2 R3 D
暂不公布品牌,以免因为草率武断对其造成负面影响) 。2 G0 E; ~# A6 U1 q( w
' c, I0 c, V2 e* j/ x$ X
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。
% b' D  W) b/ |8 C0 z( `  X# I/ b- R3 i) x# V
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;, Y0 e: ^5 U' d

! I+ ?1 E0 R' [! j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,/ }5 T& @5 J; Q4 F& B3 A
) H& `) m; _" F+ a: k
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
8 ^. I8 b3 D- x* b/ Y: Q
0 `4 ]/ N* v+ b计算好像足够。# S4 q5 O8 l; ?
' D" z* M% Q, r
最好把断面及断轴对接后情况拍下高清照放网上来看。
. ~$ `0 }4 V6 g% M& [) }3 g要么请专业人员分析下断裂原因。
* \8 _9 }9 L& z. `# C5 c5 {0 B6 F6 w# p  n; G& P* }
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# L! T4 K% f
/ m& D! W7 u4 ]( q" e. s5 J/ R
设计减速箱, 如果轴被扭断!!
  v9 D$ J1 @# A/ m1 p% @4 @4 t3 E, t: r" M0 J2 j
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.
. [' `6 F3 S% \% z' m软体动物 发表于 2010-9-2 09:44 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
  `  f( s- ~, d# }  e

* n" v# O# ?  A) D3 N9 ?3 |. D. w3 [! w! O: E" E* Y- q
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 3 ]+ T; b6 y8 B7 k7 x
安全系数取得多少啊
/ u! S0 _8 m5 b4 [# cmeizhou 发表于 2010-9-6 19:03 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

6 [& F/ a9 U( A# H) G4 J1# xiaoqh119 ' I  B# b8 e: F  H; k6 |
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?
( n  Q& p$ O7 `6 e/ ~6 s$ i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
. }: R. |# E$ z. h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  
: q3 ?3 H/ ?3 s7 o& W可以这么说,80%的责任是设计者的。  V/ J9 e3 ^+ T5 ^0 V7 A
jrzys1688 发表于 2010-9-8 07:26 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
' ?! v' I8 B7 i, f5 C- }
9 m# e; I& |7 |3 @) I
! i3 O# K3 ?  |
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 C! j. R8 ], _' H8 E

) }9 C6 ?  y! f, M9 b: V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) G8 K& |+ Z$ S) A2 S
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 7 K6 ?. `. Z* ^
$ w+ i% \  Q: _& v/ @: F
有没有热处理,,,9 x; Q7 b1 d5 n6 F* I8 b2 o  z
* D4 R$ C; B+ d; ^) U* T4 J
=================
0 t6 U  h; n& E! ~, Y& S1 M补充一下,加工的时候,用的是棒料还是锻件1 t- B  X4 T4 P
& O$ d! N/ d* c4 M
还有就是,退刀槽有没有做& L0 ]7 ~" t( ~- U. i

& E' L2 {. j. f0 F9 A* X& |9 D
; @# i/ Y4 z# F5 V) U- j& ~! Y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
9 M( {! G' t& \8 S
/ I; ^7 L- @, o( p2 Z1 \9 ^. A2 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,, @- a7 t. G' U" f7 s0 J

9 U- [  q2 x' R* Z我们是外协给别的厂家做的,结果断了,$ V5 K" S0 {4 U/ S7 v+ z

* G* W$ t  y: \$ v4 R, Q问题分析出来,原来人家居然拿棒料,40Cr,
! k: s& ^2 d" z* D3 c' U
2 j0 ~3 h: m1 d7 E, M" @/ W5 o" r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,,," E' b; n1 q- C

+ A6 L, Z) M3 m, w" T=================; l0 `% R# F1 _' _! d2 d% ]7 H3 r
补充一下,加工的时候,用的是棒料还是锻件# H1 a+ x  u, |& ^5 G3 F& T
* k0 S7 f$ G9 V/ Q/ i0 ?  V0 Z8 T
还有就是,退刀槽有没有做
9 b) A- v. d  M0 Q, E
/ V& M1 @) P4 k9 H7 q2 ^' }: ]7 H4 g" V" r6 Y: V5 c& |
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, ...' J" V5 d3 m+ x# u' M
ok22ko 发表于 2010-9-8 15:57 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

( P6 @9 d' s0 ~8 l# v
# J/ y( ~. v. p实话实说,这个论坛有一点很不好:
% L! x. d4 x' I) g& ^1 u+ T" q: O/ E7 G) n3 ~1 K: h2 R0 e
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。
, x5 l  Y& s0 u; r
  ]7 O* p; X, P5 E2 M% |如果你能说个1234,即使错了,也让人信服你是搞这行的呀。, e2 H2 }0 u  W& U! m+ t6 R/ @' h* f
6 f, g3 H5 E1 H/ _) t
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。
! M/ N0 }" A; l2、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 n; u) E" ~( C0 A0 U; B
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。
% _# f+ o4 C. L3 `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。* X: G& ~" s# N) j

' Z/ x+ w4 X& `5 w0 ~' ?最好把断面及断轴对接后情况拍下高清照放网上来看。: y1 A" Q$ y, q8 s' {
要么请专业人员分析下断裂原因。6 Q% d; Z& u% s3 {- t/ |

# u0 u; T+ r  Z* r9 B- p你图轴、装配图,热处理状况也没有
) S: I2 q, m8 n% V3 W- B4 F# Xlussssssssss 发表于 2010-9-6 11:34 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
; l' X  q& K5 c( Z
* j- N9 y5 a, G. l
请问你是怎么计算的,怎么就够呢?
8 i* q0 G; c3 Y
, I. T8 }; D% e6 s6 L2 A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
! F" q* `  G$ ^- r" m' U) z6 t6 }meizhou 发表于 2010-9-6 19:03 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

8 l$ u7 H- \- ?' p# y# S
0 C' \$ p- A6 f使用频率不高,每天约8小时
3 W/ q+ h6 _- G; n1 r2 w) h9 E% }, F6 r/ x+ ]
安全系数取 0.958 T$ ]6 J+ O! R, C3 [6 [- ]
. F, Q; p- H) ^7 H
& Q* R0 j6 M9 K) f; n: B" g5 U
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?+ G8 e0 y& Y6 e* q) q# d
你最好发图片,  感觉你那是木头轴
5 l$ @# ^" T* B8 s4 T& e! B, b2 ewwll13 发表于 2010-9-7 13:38 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

; t& R+ {8 T0 y" l% W- z6 J. [2 _/ V# `
兄弟,你这句话从技术角度来说,有语病/ j+ H2 s- z6 ^7 G) u5 `2 [3 _

( y6 p3 j5 F2 Y7 w0 }7 Z; bT=9550*P/n
7 M% _  i3 L9 a0 Z4 T# w7 J
! p$ k9 E' H9 o  U2 Y; U$ F8 S. ~3 W转速低,扭矩大' m, |' Q+ r, F3 n

( s) I" b" W) {/ ?( U: u# m* o理论上,给我一个2.2KW的电机,可以扭断你400的轴
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