起動機轉(zhuǎn)子軸斷裂的分析
2019-07-11 程明輝 夏重 張曉洪 陳鵬 史超
（西華大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院，四川成都 610039）
摘 要：針對某企業(yè)起動機轉(zhuǎn)子軸發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，通過傳統(tǒng)理論分析和SolidWorks中的Simulation有限元分析軟件的靜應(yīng)力分析，均發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸滿足使用要求，理論分析與軟件分析結(jié)果一致。通過實驗測得實際數(shù)據(jù)，最終提出斷裂是由于過載引起的。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子軸；理論分析；Simulation；過載
引言
轉(zhuǎn)子軸是起動機的重要部件，如果發(fā)生斷裂不僅裝拆不方便，而且更換成本也較大。針對某企業(yè)起動機轉(zhuǎn)子軸在正常使用情況下突然發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，通過傳統(tǒng)理論分析和Solid Works中的Simulation有限元分析軟件的靜應(yīng)力分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸滿足正常的使用要求。通過實驗測得實際工作載荷，最終找到斷裂的原因。
1.失效分析
某企業(yè)轉(zhuǎn)子軸使用的材料為20CrMnTi，要求整體滲碳淬火：HRC48-55，轉(zhuǎn)子軸的額定壽命是20000轉(zhuǎn)，實際工作13000轉(zhuǎn)，斷裂時沒有達到使用壽命。實際斷裂如圖1，斷裂位置發(fā)生在花鍵軸過渡圓角處。初步判斷是過渡圓角應(yīng)力集中導(dǎo)致的。
1.1傳統(tǒng)理論分析
20CrMnTi材料熱處理后的的抗拉強度是1436Mpa，屈服強度是960Mpa。根據(jù)起動電機起動特性曲線，取扭矩T=3.4N/m2，轉(zhuǎn)速為1500r/min，對轉(zhuǎn)子軸進行理論計算，求出工況的應(yīng)力。經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)花鍵軸過渡圓角處是危險截面。
危險截面的應(yīng)力是Mpa，遠遠小于材料的屈服極限960Mpa，滿足正常的使用要求[1]-[3]。
1.2有限元軟件靜應(yīng)力分析
利用Solid Works中的Simulation有限元分析軟件進行靜應(yīng)力分析。選擇材料為20CrMnTi，彈性模量為210Gpa，泊松比為0.27。對轉(zhuǎn)子軸進行適當?shù)暮喕?，約束轉(zhuǎn)子軸的支撐位置，并施加相應(yīng)的作用力和扭矩[4]，對轉(zhuǎn)子軸自動劃分網(wǎng)格，然后求解如圖2。轉(zhuǎn)子軸的應(yīng)力是114.24Mpa，應(yīng)力值明顯低于材料的屈服極限960Mpa，滿足正常的使用要求。
2.斷裂位置分析
通過理論分析和有限元分析軟件靜應(yīng)力分析發(fā)現(xiàn)花鍵軸過渡圓角部位應(yīng)力，容易發(fā)生斷裂。從實際斷裂位置可以發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子軸的應(yīng)力處與實際斷裂位置相吻合。實驗測得轉(zhuǎn)子軸工作時的負載是44.889KN，危險截面的應(yīng)力是1014.12Mpa，大于材料的屈服極限960Mpa?？梢缘贸鲛D(zhuǎn)子軸在過載情況下連續(xù)工作。
3.結(jié)束語
根據(jù)某企業(yè)轉(zhuǎn)子軸失效的具體實例，利用Solid Works中的Simulation有限元分析軟件進行靜應(yīng)力分析，發(fā)現(xiàn)和傳統(tǒng)的分析結(jié)果基本一致，為傳統(tǒng)的設(shè)計提供了參考依據(jù)。在設(shè)計轉(zhuǎn)子軸時，可以將傳統(tǒng)設(shè)計和Solid Works軟件相結(jié)合，提高設(shè)計效率。在設(shè)計過程中要注意應(yīng)力集中的部位，避免在過載情況下運行，提高轉(zhuǎn)子軸的壽命。
參考文獻：
[1]濮良貴，彭文生.機械設(shè)計[M].八版.北京.高等教育出版社，2007.
[2]成大先.機械設(shè)計手冊[M].一版.北京?；瘜W(xué)工業(yè)出版社，2004（4-30）.
[3]謝里陽.機械設(shè)計手冊[M].四版.北京.機械工業(yè)出版社[M]，2006.
[4]逯艷艷，李永奎.基于Solid Works軸類零件優(yōu)化設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2012.1.
作者簡介：程明輝（1987-），河南洛陽人，在讀研究生，主要方向：數(shù)字化設(shè)計。
來源：《中國機械》2015年第7期
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