焊筋轴的设计与刚性强度的计算

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1、焊筋轴的设计与刚性强度的计算王家森（研发部）摘要：本文主要介绍了焊筋轴的设计中应考虑的几个问题，介绍了关于焊筋轴的刚性强度计算的两种方法并对计算结果进行了对比。关键词：焊筋轴，强度计算1概述目前我公司的高压异步电动机产品已经完全实现了老系列向新系列的转化，电动机的中心高已做到710mm。以Y系列高压异步电动机为例，与JS系列相比，其结构特点有很大的区别，牵涉到转轴这一部分最主要的是电机的容量大，转子铁心质量相应较大；Y系列采用较lef大的长径比，也即l=较大，电机趋于细长，转轴轴承档之间距离较大。以上因素则Di1显然影响到转轴的刚性强度，使转轴的挠度增加，转轴

2、的临界转速降低。因为我们采用的是刚性轴设计，这种结果是我们不希望的。同时在JS系列中采用的是转轴上套支架，而Y系列中采用了转轴上焊筋，那麽就应该用相应的计算方法较为准确的对转轴的刚性强度进行校核计算，对焊筋轴的结构加以重视，才能保证电机的可靠运行。2焊筋轴的设计焊筋轴的设计应考虑以下几个方面：轴与筋的材质、焊筋轴的结构、筋的尺寸与形状、焊缝的尺寸及焊接工艺性。1）焊筋轴的材质要求：焊筋轴是在加工好的圆钢上焊上用厚钢板加工的筋，因此必须选用焊接性能良好的钢材制作。一般情况下，轴是采用经热轧或锻打的圆钢，筋则采用厚钢板切割加工。钢材为含碳量£0.4%的碳素结构钢或

3、可焊性好的低合金高强度结构钢。2）焊筋轴的基本结构见图2-1图2-1焊筋轴的基本结构其结构是因我公司基本上全部采用由两端进风的径向通风冷却方式，采用轴向通风和轴径向混合通风冷却方式的产品极少。由图中可看出筋沿着轴的长度方向焊到轴上，在铁心中间位置应设置中间挡板，其作用是为隔开从两端进入并向中间流动的冷却气流，否则两股气流可能产生干扰，降低通风冷却效果。焊筋轴结构与尺寸的设计主要从轴的刚性及通风两个方面考虑，主要有以下几点：a)筋的外径受到转子冲片内径的限制，而冲片内径是由电磁计算中考虑转子轭部磁密和通风要求、通用性要求确定的，因此焊筋轴铁心档段的外径尺寸已定。

4、b)焊筋处光轴直径通常大于轴承档直径，从转子风路考虑，此处轴径最大应不超过转子冲片内径的60%。c)轴的刚度要求在任何角度上都相等，因此要求轴上焊筋数>3并且均布。如果采用奇数筋，则所有筋的厚度必须相同；如果焊筋数为>4的偶数，就可以采用两种不同厚度的筋。1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cnd)为便于轴加工时尺寸的测量，焊筋数必须是偶数。e)为使各方向磁导率的变化最小，4极电机最少采用6根筋。f)对于深槽转子或轭部尺寸较小的转子，为防止冲片内圆径向挤压变形，可用较多数量的筋。g)为保证轴的刚度，可以调整筋的

5、数量、厚度、长度以及与其配合的各因素。3)筋的尺寸与形状筋的尺寸主要取决于轴的刚性强度要求，形状则主要从消除焊接应力方面考虑。a)对于中心高在800mm，定子铁心外径在1250mm以下的电机，筋的两侧可不加工焊接坡口，两侧用角焊。b)筋的两端开有缺口。缺口的作用是消除焊接应力并提供筋与轴之间刚性的过渡区，使焊筋轴段刚性不至于增加过猛，产生突变，以防止此部位的应力集中。缺口的尺寸见图2-2图2-2筋的两端缺口形状与尺寸当筋的高度比较小时，无法做出缺口，可将筋的两端做成如图2-3的形状。图2-3无法做出缺口时筋的两端形状与尺寸c)筋的最小厚度可以根据电机转矩的传递

6、导出。将筋作为固定在轴上的悬臂梁，筋的外表面均匀分布有传递转矩所产生的力。我们假定：当轴伸在受到一个很大的转矩产生屈服时，筋同时达到屈服点。同时假定在考虑轴伸键槽的影响后，轴伸的等效直径为D。这样得到轴伸的扭转断面系数：k3pDk-93W=´10m（2-1）k16当轴伸达到轴材料的屈服极限s时，轴伸传递的转矩为：kmax2PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn3pDk´skmax-3M=W´s=´10N.m（2-2）zkkmax16这时N根筋的应力达到极限为6´h´Pjs=（2-3）jmax2N´B´L式中，s

7、为筋材料的屈服强度，MP；h为筋的高度，mm；P为筋表面受jmaxaj到的力，N;N为轴上焊筋的数量；B为筋的厚度，mm；L为筋的长度（不包括筋两端的缺口），mm。而P为轴伸传递到焊筋处转矩而使筋所受的力，因此它等于：j3-3pD´s´10kkmax3Mz16pDk´skmaxP===N（2-4）jDA(DA)´10-38´DA22式中，D为焊筋轴筋的外径，mm。A而筋的高度为:D-DAh=mm(2-5)2式中，D为焊筋处光轴的直径，mm。把式（2-4）和（2-5）代入式（2-3）并整理，得到筋的最小厚度:31.178´s´D´(D-D)kmaxkAB=mm(

8、2-6)N´L´s´DjmaxA考虑转