YKS7104电机转轴的可靠性分.doc

哈尔滨工业大学 焊接结构的可靠性评价及失效分析 课程作业 院（系）： 指导教师： 材料加工工程（焊接） 刘雪松 姓 学 成 名： 号： 绩： 刘岩 12S009154 二零一三年四月  2013年春季学期研究生课程考核 考核科目焊接结构可靠性评价与失效分析 学生所在院（系）材料科学与工程学院 学生所在学科材料加工工程 (焊接 ) 学生姓名刘岩 学 号 1 2 S 0 0 9 1 5 4 学生类别 考核结果 阅卷人  YKS710-4电机转轴的可靠性分析 一．焊缝部位承受最大弯曲应力和最大剪切应力的计算 为了能使在计算，分析以及说明过程中能更加清晰直观，本文利用AutoCAD 2009绘图软件对YKS710-4电机转轴进行了绘制，YKS710-4电机转轴的各个部分 如图1所示。 图1YKS710-4电机转轴 已知焊接接头符合部分焊透情况，角焊缝的有效厚度 a＝10mm（由于在焊 接过程无法做到焊缝厚度的绝对一致，即焊缝厚度在焊接过程会有微弱的起伏， a＝10mm是焊接之后的角焊缝最小有效厚度。）,YKS710-4电机转轴主要工作参 数如表1所示。 表1YKS710-4电机转轴的主要工作参数 额定转矩 (N.mm) 最大转矩 (N.mm) 过盈压力 (MPa) 冲击转矩（冲 击时间2秒） 铁心长 度(mm) 电机类型 单边磁拉力 YKS710-4 3800KW 两端680 中间150 2.44×10 7 5.04×10 7 2347.2sin156t 无 760 首先对YKS710-4电机转轴进行受力分析,根据表中数据可以得到以下几点： （1）转轴在实际工作过程中，起主要影响的是最大转矩以及冲击转矩（冲击 转矩为0）。  （2）过盈压力属于径向力，因此与下面的计算无关。 （3）单边磁拉力的数值很小，因此在计算时可以忽略不计。 根据文献《机械设计手册第3卷》（徐灏主编，机械工业出版社，1991年） P20～57中角接头的应力计算公式，对于图2所示的T形对接接头，在弯曲、剪 切并存的情况下，接头部位承受的最大弯曲应力和最大剪切应力应满足下面的计 算公式： Mb = zb τmax = 3 ? F σbmax 2 AW 对于部分焊透情况： zb = al(3δ AW = 2al 2 ?6δa + 4a ) 2 3δ 其中，M —转矩；a—角焊缝的有效厚度；δ —板厚；l —焊缝承载长度；F —作 b 用在板边的力。 图2T形对接接头尺寸及受力分析 对于角焊缝截面形状，工程上为了安全可靠和计算方便，常假定角焊缝是在 平均切应力作用下断裂的。并假定其断裂面是在角焊缝截面的最小位置 a处。对 于 YKS710-4电机转轴，角焊缝的有效厚度 a＝10mm。角焊缝截面形状及其有效 厚度的计算断面如图 3所示。  图3角焊缝截面形状及其有效厚度的计算断面 1.1单端均匀承载情况 首先假定铁心内部筋板根部完全开裂，只对外露的两端之一修补如图 4所示。 图 4单端均匀承载情况 对于电机转轴，筋板高度 L=80mm，转轴半径 r=120mm，焊缝承载长度 l=345mm，角焊缝的有效厚度 a＝10mm，由最大转矩为 5.04×10 N.mm。则有以 7 下： M = 5.04×107N.mm = 4.2×10 N 4 F = 6(L + r) 6×(80+120)mm b = FL = 4.2×104 ×80N.mm = 3.36×106N.mm M Zb = al(3δ 2 ?6δa + 4a 3δ 2 ) = 10×345×(3×40 2 ?6×40×10+4×102) mm = 80500mm 3 3 3×40  M b = 3.36×106 N.mm = 41.739MPa 80500mm σbmax = Zb 3 3 F τ max = ? 2 AW 2×2×10×345mm 3×4.2×10 N 4 = 2 = 9.130MPa 注意：在上列式中转矩 M和 Mb的圆（支）点是不同的。其中转矩 M是以转轴 圆心为支点的，而转矩 M是以焊缝为支心，二者差异如图 5所示。 b 图5转矩 M和 Mb对应的圆心支点及其尺寸 1.2双端均匀承载情况 假定铁心内部筋板根部完全开裂，只对外露的两端修补如图 6所示。 图 6两端均匀承载情况 对于电机转轴，筋板高度 L=80mm，转轴半径 r=120mm，焊缝承载长度  l=345+345=690mm，角焊缝的有效厚度 a＝10mm。由于电机转轴的最大转矩为 N.mm，则有以下： 5.04×10 7 M = 5.04×107 N.mm