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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,
9 h* C: O9 i: R* h# V
' j/ ^6 c1 S( D7 P+ K7 v" J+ _* y减速器输出 T=860 N.M, n=24 rpm ,减速器输出轴直径Φ40, 9 S5 \" L- Y( T# C# |. I
, T9 f, W  Q1 ~( f& x: \  ^
取η=0.95  
5 v4 K' M% E& N( z# m6 V/ Y% I( n$ q/ A; j2 |5 k
根据机械设计手册第二卷  D=A(p/n)^1/3- {) x' U( a3 T/ V+ V4 k" l/ k

3 }* ?% s% N: w$ b由于输出轴采用42CrMo4  其性能与 40Cr 相近 (A=97),但 抗疲劳等略强+ p, D0 c( X& J7 s+ y" O
4 _9 P9 F. h. q' U' H& O
故取A=927 F+ X$ K% m5 ^# D

( T* I6 E: \* A9 }/ |5 n. P( n8 t) }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
, g% }: l, Z8 s- v- G- X, V( A
9 M5 t# {; R) l% `+ X* @6 M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' x! A" v2 o8 E0 f& j: d* w  }$ C$ L# w# v
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8 A7 y' y( Q: M
1 R: w* F# y/ G! f0 E, }5 v9 v
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;
8 T1 C# }, R. a+ f* b% B
8 }4 ]" C5 G  I4 ?0 v$ s( B: I$ e  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
- `& P" w1 t; Q% x4 d1 Z9 G
1 r+ P; B1 \  u, w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
: D1 Q. W% M7 {# i! ^1 c* s- h" }6 T- k
* ^4 B! l8 C5 P  ?( @* H( r5 z(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 " y5 w4 P, ]6 ^# j+ t! x" A7 r& C/ W: n
; K4 l% ^0 [' |7 y# A7 [
扭断, 看一下断面, 和断的位置,
0 x1 Y1 F7 W+ G) Q" k5 R0 X1 S- W7 p6 B: v" F
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.% H+ z; X  O' g# j4 s( o4 X

2 Z+ P& B8 y- i可以改一下退刀槽,为圆弧.不要直角台阶.
5 \% `, q6 X- K6 @' l3 w% M$ U) l3 s3 N
则加粗轴直径, ) t, P( r8 O* {+ e" U6 q

  e2 n" E  C- h7 X/ f. _' @+ c大约估算了一下!!!/ D7 E3 D0 ^8 W% l

/ p/ c! g  C& j4 Y% R' ^2 V% x* z你的2.2 KW的电机,  直径40MM的轴, 去掉退刀槽, 最多35不到." b/ R3 V* c% A5 f
" w0 F' V! L, M" G* M- ]
应该是直径不够.
* E: R  M, W4 w) l& J, l) ~3 }' l7 g# w/ N) k/ x7 `& F7 i
而且,还要考虑扭力的力距方向, 如果两端都有轴承!!
; B8 T( x6 }2 W: _. [3 _. x2 K那轴一般做成 中间粗,两头较细, 因为力距是两边平分!!. [! R, Q# f) u4 C, d2 h9 E
% f6 ^- Q6 W  h* \3 \
但如果是一端受力!!6 k/ M: H1 |9 D9 v) M
则极限时, 可能发生, 远离受力的一端为负的-100%, $ I% U+ B; d: ~5 s8 v5 Z
而接近受力点的一端 受力 200%的现象!!! {9 p: N7 ], M& g0 F/ O

& |1 W2 T2 Y% x5 m! K- J0 V
' J* P% M) H: |+ m6 O7 z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, * ?7 X% p0 w" F; i  F1 R" `5 z7 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.
! ?, d% Z9 D- k9 W  }
3 V* C/ z! I2 ~+ e' j6 S. W+++++++++++++++++++++++++++++++++7 `4 e1 G+ K+ y) P% K- K0 r$ I

4 s! r# G, m0 V8 _1 n$ a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." E0 L2 n: E* N" q$ r, n/ h

5 b9 q: M7 b; s但实际中, 都要考虑动载荷.
) Q8 h" [! }9 ^8 x" J) N* N! a$ V& |
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  f# `! z5 U. {) }
' p& l" |) m3 u& P. X1 Y9 _+ Y
那这个瞬间, 还是死算的那些扭力吗?!
3 O; y/ U- x! g% q" L0 g& _
1 u2 Y+ g( M  P. a6 c2 n. i这个瞬间, 可能3倍于静载荷也说不定.
/ H1 B6 N2 t1 E' d9 q( k& o7 O
: F* _; n8 ~/ b  X
并且,平时的抗扭强度, 在某些时候,瞬间会演变成抗剪强度, # a$ J* O, A+ _8 {$ R% l$ W

5 F; ~/ R9 @" D  m  D7 u- J  K' u) u
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!!
( D, `/ _  H  X& y3 l6 R1 J  s# l2 S. B0 ^" O. E" G
人是活的, 一些经验更重要!!. Q& p9 v0 t0 B/ n% B( F

5 h' X# g' D+ X9 u* g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
) X  @1 }9 H% S, E% L7 {& Y1 q% c8 o4 X1 O1 g
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!!' U+ v7 D7 x8 Z* }& D

' k6 E* f! w# F3 H, V  p0 ^老师傅一拿到钻头
$ Z" c, s( |/ T* H: a$ u7 C! M; X/ t2 T* V7 t' g
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
% m/ U* p5 M* u% Z5 \! {# n5 ?8 w4 T, B/ u6 M
一句话:
  W& w, G8 s0 s$ O& B$ e% {$ ]1 ]% x6 g7 D6 }
设计减速箱, 如果轴被扭断!!  p) j1 W0 e' C9 X8 o! c! Z  h( e

4 b8 u6 b0 J' Q1 U( W' L9 ]* O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 U% X' I7 x9 z" r
其次,说明一些问题,如下:  S- \% @/ s3 t( m1 P) N! B
8 H8 H% z8 I' F/ h, R; q  ]1 `
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,9 W  V8 `* Z7 K6 m
暂不公布品牌,以免因为草率武断对其造成负面影响) 。, b" {" S" J5 k, `6 _- y/ p" K

+ `: j( C8 }  T7 F! j% i1 o1 F* u2、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。
/ _4 A4 G! j8 F' ^' E6 L, Z# ^3 C+ B, h9 {8 ~! M- N$ C- _
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 O, z" E1 q/ F  a( Z5 d# T! F

* E# A1 j9 Q& f8 }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,
; y: F/ i: p8 E+ ^5 {7 V* T. v
, U# v1 \' w. j2 V4 |8 q& ^0 Z& t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 5 |# Q; n& E5 u
+ k5 ~+ L% X! v3 Z* U! [
计算好像足够。% Q2 H; p2 T8 s3 c
! K5 b: p6 s  t  y% ~9 L1 v9 S) ]
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' c7 `2 e$ U( k- v* w" X* f3 ~
要么请专业人员分析下断裂原因。7 F% X3 M/ o8 R) H

( w' R9 v0 M  B& K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:
; g7 O3 t; t! U
+ \) ^  m  ?9 Z! C9 w1 _设计减速箱, 如果轴被扭断!!% g0 P5 R3 Q. u1 J! q  T- t4 x
1 A" J2 i. x' \, p0 M0 O0 q* V0 G
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.
1 G5 K" c- `3 B  ^+ V. n- J* F0 q9 U软体动物 发表于 2010-9-2 09:44 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

, W) {' g3 P6 s/ w- C- `
/ G- g# a* c& s& r( D( i% b, h& D9 n5 O
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 . W5 p* O7 T4 b- D- I
安全系数取得多少啊6 T! C; y7 m+ X2 l% d
meizhou 发表于 2010-9-6 19:03 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

0 M/ Z4 ]5 b, K- a, ^! ?1 j8 M1# xiaoqh119
! z  K, ~5 f3 H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?  S! y/ g. F1 z! ^
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
) f, X5 @' K3 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  " o: U; c3 t: b4 L, H
可以这么说,80%的责任是设计者的。0 h$ n6 M. h  f1 ^
jrzys1688 发表于 2010-9-8 07:26 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

8 [, v1 @$ Y2 s" p! l
% [0 J4 u5 j% y3 Y+ G! w
' Q8 x, T. K- ?  v* p/ t, K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。- }. U+ A& L/ g, {9 {6 h/ U
; a* P2 P9 d  R' C3 w1 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2 x3 O0 K1 C. q- h7 F0 ]
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
. i4 ]5 o; [4 O: K- [7 c  J# Z0 i- D* K
有没有热处理,,,9 \3 B' C" [+ m! X7 P# P7 H% g" e

3 C! e3 u* _0 K( ]0 x=================' E) j6 g) I4 n  V5 G: u6 s2 x
补充一下,加工的时候,用的是棒料还是锻件  v5 e" t- P9 ~! V! U4 A8 t, b
! z8 v6 Y8 `4 J+ S5 H
还有就是,退刀槽有没有做" g! t# B0 X0 m0 R  c

! x0 @0 K% a& O2 j$ c9 R  `& m7 S; e8 z8 e$ N3 n
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6 Y' J- E' n9 N8 Z% z' _

& x( P, X3 d6 B8 ]4 c9 Z4 ~输入轴直径好像也就ø40吧,,具体尺寸忘记了,反正不怎么大,$ a2 V* U' I* f1 J1 Z" x

- s+ c  \, j$ o我们是外协给别的厂家做的,结果断了,
1 ]( v" L8 n4 p  L) H$ J+ [6 ^0 F% Z  `, K& P3 s$ d0 x
问题分析出来,原来人家居然拿棒料,40Cr,
/ g( h# c1 J. }* }. i2 o, C4 F# e- [0 M
7 m( h0 w. O5 a. S$ v' O9 b0 u2 x1 m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,,,
( ?- R8 H; w4 s! Z- P% x0 e; w3 w; P8 x$ j% A. Y
=================' Y5 e- j9 b" o2 \3 k" O: F
补充一下,加工的时候,用的是棒料还是锻件5 m+ L  i% t; h( J2 m9 S/ h  ~
; F4 T2 ?' G- f9 P. o! B% v
还有就是,退刀槽有没有做1 n+ v9 q% F$ O+ s

6 ]9 K7 F. [3 S: T
2 |( A# j: v( B3 @0 |3 q& e7 p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, ...
0 q. a7 C1 L: {% z; b( Xok22ko 发表于 2010-9-8 15:57 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
" B1 l/ Q% d2 E' I4 D
+ r2 \/ q4 [$ f% n$ ]0 e" b8 Z
实话实说,这个论坛有一点很不好:8 V& y9 v2 V* G- T6 @
$ s9 V) K0 R) Z+ E1 z" m" 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。
7 r4 M+ [' X; n6 \; M. K/ p) r3 s  i" W0 Z7 S5 h
如果你能说个1234,即使错了,也让人信服你是搞这行的呀。" x4 y9 M5 v" _3 X- ~
1 F* Q& s1 L4 _" T$ w4 k
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。5 L- ~7 A6 ~0 f. q
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。
9 N: E. w# i$ w2 y% p& K7 Y# Y3、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。
& s& e. l7 S* K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。' {; T1 o. S, |. q% Q: E3 }6 E+ n

7 M0 U% S* o( P9 \3 f$ x: `" F. z最好把断面及断轴对接后情况拍下高清照放网上来看。& f8 P; m$ l% {3 P
要么请专业人员分析下断裂原因。
& l: i! s) \' D/ w. Y% o5 J8 F
  `* h0 W% C, Y; f你图轴、装配图,热处理状况也没有
! S$ G$ W4 V# b' x( d$ olussssssssss 发表于 2010-9-6 11:34 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

9 v+ L  [) M% s" G+ X9 {
2 d9 c9 W' n% t3 _& D! p请问你是怎么计算的,怎么就够呢?
0 d* p% C0 v( U9 q
3 x& p$ ?! F8 O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  Z$ n( @9 ~* O& b' C1 U
meizhou 发表于 2010-9-6 19:03 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
3 [6 Q) \9 Y+ E( A5 a
0 d& k3 v4 C' [2 t
使用频率不高,每天约8小时
; C7 ?7 L, I: f# R4 k! n
+ z& L! \% z+ d7 v0 j3 C- A; z; k0 ^安全系数取 0.95
8 H0 ]' ]" P, ]/ R$ A
- I/ g0 X* ^' v% ^$ Y% E" l2 w7 D0 h" v$ i3 [: m+ j' 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 X: ~6 r+ U7 H  w你最好发图片,  感觉你那是木头轴
& i$ ?2 W- G7 p5 u6 F9 W' qwwll13 发表于 2010-9-7 13:38 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

5 U3 R2 s3 G3 S  n; f+ e/ ]
3 ]9 Z  M9 X4 _+ V兄弟,你这句话从技术角度来说,有语病6 s! F9 C, B  Y" C  M
, l0 ?# B/ k7 K4 ^; b
T=9550*P/n# q0 o9 X, P8 w9 b5 a

9 j% l, [  x& P转速低,扭矩大- C: ~! F$ I7 ?$ j3 w+ x; R# [
5 l% R% R$ C8 h# V6 i
理论上,给我一个2.2KW的电机,可以扭断你400的轴
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