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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,
* |$ L$ e8 N, J3 }  B3 `( J7 R  ]. Q
减速器输出 T=860 N.M, n=24 rpm ,减速器输出轴直径Φ40, . Y, E. w2 m* h5 L( U$ e

, H: d3 H! W+ G8 w! o  B7 M取η=0.95  
/ X, Y, Z0 m$ r% m' e) P$ P/ x" Y7 x  X' z
根据机械设计手册第二卷  D=A(p/n)^1/3
4 R& Y$ C  }" h* o. n. p7 E! h
由于输出轴采用42CrMo4  其性能与 40Cr 相近 (A=97),但 抗疲劳等略强- D+ i5 R3 ]& n, x! z) x
4 p" ]1 Q8 o, _0 f4 T: h
故取A=92- c1 m% e* ], }  R% f( k8 r( ?
7 v" j9 r2 q: ]# ~# z( 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
# |% y" I' E* ~9 Z
0 Z- d7 @* c% g( Y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' t- v2 K; q. Y6 F

/ [( C7 g  [( W0 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: U8 S! z# e+ t5 K

" X9 h' [6 A$ [% }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;
: G6 c3 [" s- q+ @
9 j; l( d7 ]% C$ K/ r! T: W+ k7 l$ q' H$ I- z* n
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
* u. T5 [) [/ C! d  `5 I4 g
, v8 u* ]3 b9 K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5 D7 @: i2 Q0 r% W8 [( y
8 H$ Z. u" J' a# p- O9 D1 `1 `4 j
(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 3 C8 L. f+ A- i. Y, {
0 W8 J1 H( L8 G! K
扭断, 看一下断面, 和断的位置,
) k- B6 [: B/ s- a  s
8 K  V! x  E! X6 F6 i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.1 O" b* d/ n% v# p- E' d

+ |$ O! Q% Z, |! h6 W+ ?) _! n可以改一下退刀槽,为圆弧.不要直角台阶.
, C( h  u( P" w; l) {, F$ I9 V& ~7 g
则加粗轴直径, - S" q/ b  m. E( G# A7 F5 T, m2 C$ H

6 f. z* N/ ]& j. U" X3 L/ r, S大约估算了一下!!!
, x0 t# a, p. n( J. E  T$ W3 ^8 K  n, L2 |+ g1 J1 |
你的2.2 KW的电机,  直径40MM的轴, 去掉退刀槽, 最多35不到.
: j" H  l0 ^7 o' i5 }  z- z) I) i2 }, K. K% Y6 m3 C# N
应该是直径不够.
) }8 I0 g  u3 r, V/ ]) s% c/ ^3 w/ ^
而且,还要考虑扭力的力距方向, 如果两端都有轴承!!
& }6 F" u4 Q8 ~5 A" Y' l& g那轴一般做成 中间粗,两头较细, 因为力距是两边平分!!! r6 E. C0 G8 _; ~  e
: H9 U+ R% G0 T" i/ O
但如果是一端受力!!
6 U& |! a* d& n4 x, {% v0 O: m则极限时, 可能发生, 远离受力的一端为负的-100%,
# R( x! c- w, Y/ F' W7 {! L而接近受力点的一端 受力 200%的现象!!
9 T7 Z" f1 r0 ]) [$ ]! Q) i# @- X. p( q+ l2 M4 f
2 ~5 T( `/ ~4 S# z! J; W: }
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,
# a1 ]9 q5 ]+ G3 \. E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.& h& k2 b" a4 H0 |
5 T& {' C3 b& {. J" [4 R
+++++++++++++++++++++++++++++++++
* u/ T5 r" c# a. m) q' A$ R
( b. y+ S+ Y5 t4 G6 `1 H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.
- R# G3 T* _, C4 O6 Z" ~) T* a1 ]. ~- L, J' J* s
但实际中, 都要考虑动载荷.  B! s" a* x$ k# m

  A6 a" R' w1 A% r6 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
4 W- {9 }+ w5 Q  k. E- p* c9 }4 G6 X$ g  |7 @
那这个瞬间, 还是死算的那些扭力吗?!  M) H- b. e2 z% n, t& T0 n

* m7 b/ `' V" `* Q: V& v这个瞬间, 可能3倍于静载荷也说不定.
& B/ {8 Z8 p  F$ b) A9 B
" Q4 D, S( T1 u5 b% d, r9 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,   o; M' l) J! }
( s5 Y+ y- w5 X
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!!
' x/ L6 A- D1 B* g1 y9 q( a" d+ ~( w
人是活的, 一些经验更重要!!, v4 X" R  c0 J4 }2 f( {) k
  @; [) g& |* R' r
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( M1 Y6 |2 _0 [0 q( b9 C

6 X: k2 H, p! L' a: e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!!% T# n+ z, f" B, H7 X

1 w# [8 w9 ]  ]& O1 ^/ y' M老师傅一拿到钻头1 {9 a# A4 M1 O
; l0 ^/ g- \4 M) Y, Y
马上答出, 大约要多少转速.

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参与人数 1三维币 +4 收起 理由
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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 + l) U; c& d. b' h! b' w4 G9 h

7 `; I# ~9 s8 m5 Y* N2 i7 E3 v一句话:3 q$ y0 v7 j& d
. m; ]  D' M# T8 D% G9 X7 K
设计减速箱, 如果轴被扭断!!) H, Z) U: i( Q  u0 ^) |7 f& ^8 T

& [1 M. f3 Y. `5 }0 Y  f0 B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
, u# A8 x% @) ?其次,说明一些问题,如下:
6 U( c9 K+ _( o" I7 d) |- M4 Y  o( Y" B
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,, a8 c& C- I/ Q; `. v5 x# i
暂不公布品牌,以免因为草率武断对其造成负面影响) 。( P5 ^! M+ I) |* D2 o# o7 [

$ u3 f0 F8 `! M& h2、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。
/ y4 a8 O( e3 U) q4 `2 ~) V* C3 b6 C6 [- k3 n3 R, w* q7 K) T
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;/ x9 R( _& x" W8 N" c  L$ j2 h" X+ H
, ~5 Y" a! h3 s& B( q8 g: t" q
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,/ G+ S# L! p$ p. V8 j$ ^7 l9 i

4 C- F. z( J/ t1 l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
! ~' s; L1 k# W1 {) n0 H
+ j: Q; X9 P5 H$ t, i; B0 x计算好像足够。: Q$ O( q3 |% L  E" ?

  k6 S- ]% Z6 p" ]* W  ]2 \最好把断面及断轴对接后情况拍下高清照放网上来看。
1 _, [7 O0 z3 p: |! s+ Y' N要么请专业人员分析下断裂原因。  ?' }& {+ V& {0 ]8 y
1 P% P( @+ {8 Y! n. v9 U! w
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 H2 j, t. J. p4 y

/ R- s5 e5 \  o0 \$ g7 I设计减速箱, 如果轴被扭断!!
/ V/ j5 W5 O$ U, B+ z+ }' \5 L6 V: }
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.
( I# K# u8 o& w8 c2 Q7 @: |7 m! p软体动物 发表于 2010-9-2 09:44 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
" k5 Y% g  l' Q9 ^# ?* g' N2 e0 u

9 ^+ I) q) A! P9 p$ T' Q% i
7 A# ?' V( ?# C, k. q- L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
9 L& T, k( |8 R/ n  O5 n0 z3 I
安全系数取得多少啊
% f/ v3 }6 M# ]meizhou 发表于 2010-9-6 19:03 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
( @9 \( ~/ n. G  w- H" _
1# xiaoqh119
' C( Q' C4 g+ X" e- R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?
2 _3 }. |0 z) E! k! k: ~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
6 k' u# c/ m  y, V  @: _' b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 G6 N# e7 e; I9 Q3 N
可以这么说,80%的责任是设计者的。# u; C7 J& w) h! P4 \
jrzys1688 发表于 2010-9-8 07:26 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
4 B" N. }# w7 `) \% {- j2 k
% a$ D: C4 G* ], u( K# j  [+ V
3 d' @5 o! W. [$ i; M) m+ \6 Q
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。
* i" Y9 T; b; c- C( @8 y, V5 m, P. g, q; J/ W8 R6 W
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
2 N" L8 x( h  w: ]# Q* e  q2 O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 ; y  b8 J# ]& n$ e' @! g/ @7 c' q
) E9 |: V3 v9 x: P0 `
有没有热处理,,,
0 V8 e2 P; i$ ~3 B: c5 a0 ?1 Y) A
# A6 |) p" ]6 v; j2 v=================8 M1 c8 E' a4 n& w, g/ Z9 Z
补充一下,加工的时候,用的是棒料还是锻件
9 F7 q) |$ X0 T' ~+ S4 c) ~7 K( @' P( Y3 z6 i, ^4 G
还有就是,退刀槽有没有做
9 C1 V4 b$ p' T( o+ L+ [5 v
8 v! y$ n/ @; e& @8 B) X" C  G# I) e1 f; C" c0 p. h- \
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
( Y/ a: d1 c' d; q- [# @( V5 U& a+ N2 U1 m, H+ Z$ G" K2 E; c
输入轴直径好像也就ø40吧,,具体尺寸忘记了,反正不怎么大,, F/ @, X: a' S
( a0 D4 N- Z) u, R2 x9 H& ]
我们是外协给别的厂家做的,结果断了,
/ z9 _  S& V, c6 O0 V& K5 M% ~
! r5 A; q# `! k: b) L问题分析出来,原来人家居然拿棒料,40Cr,
  H% |- f4 |5 N( a
! H2 l+ y/ ]; \2 Q* a' 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,,,
6 h: g1 w# @8 M: b. X$ H, U% {1 a1 j$ ]' e! B2 d/ K, D
=================
: z0 J6 |) X7 u7 h补充一下,加工的时候,用的是棒料还是锻件6 E& d" Q) C6 i* Z

( }4 ~7 b( H% S- I9 q还有就是,退刀槽有没有做8 R, s3 q# j0 S% m" ^0 f

4 i# j1 l7 _- M" f, R; X8 \
5 a" [8 G& U0 p/ f& U( x: q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, ...% G  z# D: x" `( [( I9 c+ C
ok22ko 发表于 2010-9-8 15:57 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

6 |6 o+ y/ {2 z2 h/ W! C. j7 o6 z& m& G/ l, r0 y
实话实说,这个论坛有一点很不好:8 C6 ?' t5 l% I
. ^- H+ H- t4 |6 G/ q" 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。+ G1 w5 f* k! K& e+ ^
' ]" j$ \: j' T' F3 ]% v- d" P
如果你能说个1234,即使错了,也让人信服你是搞这行的呀。
& k' ?& M2 b2 o  _
# I8 D8 X- K, L! s/ |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。
" ^$ @8 e8 H4 ]* }  o5 [( U, _4 W2、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。/ Y; j" o2 }6 o! h
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。; K; u0 [3 J2 y+ B6 c$ Z
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。% Z3 I* P! H* |, V  c

9 y! v5 j% d% f2 B$ m; d" P最好把断面及断轴对接后情况拍下高清照放网上来看。6 u) ~5 o# v( ?4 E0 z
要么请专业人员分析下断裂原因。
$ n1 T+ X" j# E) `- C$ l: p
$ P5 M; Q+ q( m7 {你图轴、装配图,热处理状况也没有
2 r! z; V; z3 e& Z: {( B; f# @lussssssssss 发表于 2010-9-6 11:34 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
2 j3 u. U, r- R7 |' o
  v; u4 ?( e; s5 s
请问你是怎么计算的,怎么就够呢?
6 \% \6 m- t  I) F& m7 k # T! d8 f% E5 g; z
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
- j& z! L1 k9 C4 T9 a3 lmeizhou 发表于 2010-9-6 19:03 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

; O1 V! w1 l0 o7 F
& [' B4 W) p+ B, l9 {使用频率不高,每天约8小时
; d, {: O: U) F4 X, |, T# Y& c  Y
0 `% c- j  x, _安全系数取 0.95
+ E, s0 y; n' e
( h! T* W( l( q0 w5 }0 R' f( m( r2 _2 G
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?3 w/ L% s/ r: @6 j0 }# n# g7 l
你最好发图片,  感觉你那是木头轴  g# T9 E  Z5 v9 K+ f) X
wwll13 发表于 2010-9-7 13:38 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

/ v$ ?. H8 J) h0 E
: Y3 }* S$ P: u兄弟,你这句话从技术角度来说,有语病
* A0 r7 {, Q- L* Z9 L2 B ! S  p' b3 [/ r6 Y
T=9550*P/n) D, s2 l- C6 [( H& R  N

/ o( ]4 x+ J1 K4 y  j" k9 I/ \转速低,扭矩大
  z! g" M$ i, z
( L# i$ K7 ^  A, A2 Y理论上,给我一个2.2KW的电机,可以扭断你400的轴
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