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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, , o3 S$ ?+ T$ I8 N

8 ?% V# z3 f7 S- p6 T& j9 Q减速器输出 T=860 N.M, n=24 rpm ,减速器输出轴直径Φ40, 7 C2 W% m! t3 a) h
8 p+ l6 {" x5 ]3 |5 w4 ]3 q" ?
取η=0.95  : x7 P: }; Y/ r2 a; I! `' a

! M/ r# g4 l' t根据机械设计手册第二卷  D=A(p/n)^1/3- c. i& e6 u; M0 ~

( [. L1 V* A: U$ @. k& w由于输出轴采用42CrMo4  其性能与 40Cr 相近 (A=97),但 抗疲劳等略强0 i; ]) w+ T( ~4 D0 m2 i6 t

0 {: h& Z) x4 }. q8 D7 y故取A=92
5 i4 u9 {! N, A4 U
. F: _6 I, s0 ~) c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 K+ B4 `- Z5 Z& f  ?3 [& U  e' Z4 |; Y& u- `1 @
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
* m; j) z8 u0 M2 E4 ^6 K
1 J+ k3 R9 A$ S3 N1 n3 ~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
; s8 g" O1 F7 m/ E) y2 v5 F
4 w5 q6 v9 H4 K; y4 X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;
" l0 I9 H9 w- ^7 m7 w/ ]5 b/ s/ r' O: y

2 }' m' k0 S) q$ I8 Q  `: F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
3 u" e# E3 W: d9 a5 k% m9 w
9 y* S8 C0 {9 U- f8 S  D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
; A: `* J7 J/ ~: O
/ ^. P/ C9 V% O8 H(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
$ @+ Z0 ~7 C' z  E" J0 B  [- h3 I7 q4 V5 M
扭断, 看一下断面, 和断的位置,, ~& T" Q' h( {
8 n# j" Z1 q+ \$ m& }1 o- {, M* X
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.
$ P( u$ T/ t- ?" S5 a/ z* w( [* C" H: Q% Z) O
可以改一下退刀槽,为圆弧.不要直角台阶.
- {; Z* ?. p- \1 I7 n+ L
$ r$ t; _- X' q6 n& L则加粗轴直径, ; i  h% I3 _* W+ [: G) }8 M
( Y/ V# v% s  B. ^4 X3 s
大约估算了一下!!!( Q" e* f' z7 n& W, [0 T
( p2 v' q" h# H1 v' Y
你的2.2 KW的电机,  直径40MM的轴, 去掉退刀槽, 最多35不到.
0 u, R( o: q$ j+ e" v1 W) c. ~3 L/ o& h/ _6 T$ {
应该是直径不够.
# ]: i0 w/ }) G: z) |# O% u- T( h& r5 U
而且,还要考虑扭力的力距方向, 如果两端都有轴承!!
" x8 R% L2 `/ r+ ~3 o; k; i" U; E  G- V那轴一般做成 中间粗,两头较细, 因为力距是两边平分!!" w9 u/ V  A4 a
4 A( }! {& a# W5 p
但如果是一端受力!!
# e2 O% {- V% e( B- H则极限时, 可能发生, 远离受力的一端为负的-100%,
( C; e+ E5 H/ |而接近受力点的一端 受力 200%的现象!!
0 y) L  J9 L5 @5 K* w3 A" t7 z+ l- n

$ k6 Q6 h: d, k2 I3 M2 K$ V; }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,
- @  }& g$ K/ u  J) f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.& b0 e; q+ n: ~* ^' [1 J
6 P3 I3 r6 x7 f, J& _# G
+++++++++++++++++++++++++++++++++9 j3 w( q: G$ ~' y: g- s- F6 s

4 V; g+ w- r2 ?) b; e$ H* X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.
9 k* J2 c- g: N5 Q% H7 L) |
4 @# @- H  u5 h* u( l" b' e; R+ K' N但实际中, 都要考虑动载荷.
( ~* O0 j0 u8 s3 r* z1 v* r* G, B
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) E, o6 q2 H! ~3 ^/ F* y7 x/ X! v- M1 T8 U7 r
那这个瞬间, 还是死算的那些扭力吗?!) D3 X7 e. J' j6 a/ h1 d" D

7 z7 H1 k7 L; f+ I4 e这个瞬间, 可能3倍于静载荷也说不定.
0 M8 \$ k* `1 W4 ~
& h1 V- W6 R- a5 D, T8 _
并且,平时的抗扭强度, 在某些时候,瞬间会演变成抗剪强度,
$ m# f$ T( {% A9 p( W( _0 A% i+ Y" n9 H
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!!
+ \. j! Z/ T0 l1 q& H3 b4 \" a7 E8 ^+ Y
人是活的, 一些经验更重要!!/ ^: f& @, S  @7 J! P
9 f* E  n4 s# ]- K- s0 C
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!16 d& k0 j" J4 c, D: f! v4 I9 x

, o5 x9 u) k! |+ W8 B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!!
* F# S0 G, V( o/ q( Z3 O2 _- S5 j- L4 K# n8 g
老师傅一拿到钻头
& V" U% m$ I% a1 c7 F1 L* B
& s8 N- K* ~; \& A- n5 k$ Z$ u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 , ~5 d$ k5 Y' [% J+ q' O; y
8 ?4 H$ E: `% J5 G
一句话:, v. \/ G3 Z9 b) v+ B; R
" l, M! X, y9 n" y% \- `/ s
设计减速箱, 如果轴被扭断!!
4 d1 ?7 b7 Y' H' f: H: Q* y
! f, y- v# {: J! 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
+ [2 o) H! l& V$ z6 I8 I$ M其次,说明一些问题,如下:
- f* d% C! u1 i+ J, D5 s& P' z1 V, Z# a* F0 S- M
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,0 E5 G- `' E7 o% r* D
暂不公布品牌,以免因为草率武断对其造成负面影响) 。; ~$ m! o# N5 Q7 ^6 x
- G; j/ y; G' X0 k3 h: ^
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。
9 \% \  W- G, \" U, a
  g5 A' L8 e. [$ A; h8 U& h3、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;4 u: n2 W$ e$ \4 @. j; I% }

: M) B5 O  M: y) I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,
; q7 K! f0 F+ |
! m$ A2 c& L! Q7 n0 v8 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 9 T! x/ j7 M+ f; @% y$ i# o5 R' o6 ~  e
9 C6 \! ~% P- W) }5 o7 f
计算好像足够。
! l0 I$ z. P$ W& C# L5 S( h0 B: p3 D6 k( g& a7 ~: z9 w
最好把断面及断轴对接后情况拍下高清照放网上来看。+ K1 C: ?# ^8 S' }' H- @" n
要么请专业人员分析下断裂原因。) I5 E0 X* P! {2 X$ L  g
5 G7 H6 g6 h$ [: d
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:
$ }6 W0 J/ P8 [3 Q' S( L/ s, Q( z/ B$ n" S0 D1 N' i
设计减速箱, 如果轴被扭断!!) o3 M+ N' G0 T% _3 M  k
6 A" F& H4 d( y8 i/ ?2 Q4 f8 ?1 \
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.0 M/ [  k, B: v! B
软体动物 发表于 2010-9-2 09:44 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

0 f2 ~" o7 e3 s) p. F8 O2 s" Y* R/ c
) v6 h, L% V( s+ }2 g7 l* ^; Y9 M/ t5 c! C! q! U
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 ! E& Z- V4 \9 Q/ R1 ]
安全系数取得多少啊# X" Y/ i( H1 a' Q% }0 A
meizhou 发表于 2010-9-6 19:03 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
5 q7 p0 B* u2 i6 R
1# xiaoqh119
, b" n$ m6 t" \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?  R3 @7 V. @! C) R: \+ R
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 ; I4 s1 W* Y4 b8 |* B) ~. p* P
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  
  ^# H8 y0 @4 q' O* t: `& y. B可以这么说,80%的责任是设计者的。) Y) z, U( C( j9 J; W) e
jrzys1688 发表于 2010-9-8 07:26 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
$ \6 c+ Z4 H5 v4 f- Q) e: G

: B0 @) J8 p% r& @, e! [! H% U- A# j, d1 a4 R. A5 o
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。
2 `  y* O& y0 b2 m# L4 V( b  u. U; e: z' Q' o" x, c( g5 o
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$ J1 ]& Y2 m) O3 W' V9 m7 Z
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 j8 l6 t  u' [4 b
; p3 A- j+ M: [% G2 A- M
有没有热处理,,,
7 ^) \# u5 n, U3 I2 L. |# H5 t6 g5 t  T3 c% @
=================
/ w% E/ M) ]0 _. G/ X6 w2 N0 Q补充一下,加工的时候,用的是棒料还是锻件; T/ q; a  j0 S2 S! k- N! t3 C- y* {4 T

* S" O$ ^2 n* u" Y还有就是,退刀槽有没有做8 r# D) b$ U' p; n6 [. Q0 o

% z: e3 M# m# ~2 J& m8 w! t6 {1 `3 }: r$ ?/ s. m; z2 t
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
8 `( T$ \+ ~+ e, D# q( n: K1 F8 t4 k# ]2 D4 J: G1 I" p  j
输入轴直径好像也就ø40吧,,具体尺寸忘记了,反正不怎么大,
) H4 ~: m; ?$ N8 K& p4 ~: N; B
1 F; r2 [* }# j$ o' |我们是外协给别的厂家做的,结果断了,
) w0 J1 _' G9 c2 x9 Z3 ?
: T6 E1 h, W& s9 t, a* Z* K2 r) H, r问题分析出来,原来人家居然拿棒料,40Cr,4 I0 n0 Z! O0 m, h6 N' j. r3 |4 a

5 n0 T# ^6 o- Q) L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,,,+ C! a5 s2 @# N- Z9 L( @

( {) Z' M: ]2 Z, R2 z; m" F8 L=================
' e9 j" ^! L) C# Q4 g8 C补充一下,加工的时候,用的是棒料还是锻件
% Z6 {8 J( I. [) F" \' [" G, a8 v& S3 c
还有就是,退刀槽有没有做  T5 A6 a7 }) e# ~. V- r) \

* O5 F. M# Z' t; a0 D. A: f0 {% _3 Z$ t8 ?% N6 Z) \: L
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, .../ k: w/ o* s7 O7 \. I* z7 b8 M
ok22ko 发表于 2010-9-8 15:57 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
1 p% G' E4 a1 t

3 A* I* }: w' `实话实说,这个论坛有一点很不好:
; K8 s6 W/ N  W) c* _# O6 Q8 [
) D& v2 |2 h0 r+ o% g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。
# g+ a) \$ G: D, Q  M! y; g) Q( r2 W! t- E( m" K3 {+ }; o! b0 [
如果你能说个1234,即使错了,也让人信服你是搞这行的呀。
* A: v; l6 n/ j% t8 C
5 ?6 ?! ^: X0 W8 i$ U2 G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 p% O  g  {0 E$ U3 T
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。* ?' ~7 i: X5 ^5 u. y$ u
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。' O) i% e6 H* h, A# ^
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/ c" i5 ~% t
0 c9 ~7 M* W- Z7 z- G8 U6 ~最好把断面及断轴对接后情况拍下高清照放网上来看。. l! M0 }& q( T& V
要么请专业人员分析下断裂原因。, _; f$ P* j2 ^" o: L
" @2 N2 e: z7 R, N; K7 \9 v
你图轴、装配图,热处理状况也没有
" o1 C! Y5 u9 C9 O5 M+ ~1 Ylussssssssss 发表于 2010-9-6 11:34 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
" b* f8 I$ V" T- c0 h9 g$ ^" N( Z
) }. Y3 F1 `# L! Z6 l
请问你是怎么计算的,怎么就够呢?: k8 Z- W/ {& D$ h: Z8 `
, f9 T- p6 d2 k6 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
9 y: s, M( s: n* ~5 O0 @9 J6 y% o" umeizhou 发表于 2010-9-6 19:03 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

0 ?( x( ~  i" J1 _
. D! I9 W, z4 w+ s& h% ^使用频率不高,每天约8小时
, i% U; E2 }9 c5 G+ g
9 d+ z, |% u0 L安全系数取 0.95
4 C0 L# b& v5 L9 G- I/ m6 f1 ]" F' a/ z  z; s; v9 r
& @2 ~" ]# i* ^- f$ ^$ 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?
4 r2 X0 b& \: F0 f3 r0 f! {你最好发图片,  感觉你那是木头轴0 y1 T. B0 O7 w& x  Z
wwll13 发表于 2010-9-7 13:38 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

7 S" c: V2 J2 @5 Z, t4 S/ J; X) Z* x
兄弟,你这句话从技术角度来说,有语病) l* f9 f% b7 a4 r! c# K

0 x9 F8 I( \" N0 P: r  N; x' uT=9550*P/n: R* I; v% i: A. Y

' G" M0 Z" Q# O" R% b, t转速低,扭矩大% b( z4 \9 B& }$ R. b4 Q/ p
2 J. A2 Q/ e, B) X: S! \; K
理论上,给我一个2.2KW的电机,可以扭断你400的轴
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