电机轴的断裂分析及优化设计.pdf

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1、《机床与液压》"$$32,*21·>=<·电机轴的断裂分析及优化设计杨湘洪（湖南工学院（筹）机械工程系，湖南衡阳!"##$#）摘要：对电机轴断裂进行了系统的分析，并引入最先进的%&’软件，结合()*+’建模、&,-.-有限元分析对电机轴进行了优化设计，进一步完善了电机轴的改进措施，确保了电机轴的安全运行。关键词：电机轴；断裂；改进；优化设计中图分类号：/01$12344文献标识码：544文章编号：#$$#6177#（"$$3）16#$86"!"#$"%&’()*+,-,)(./#$-0-1)$-2(3&,-4(256*&7$%2

2、02$2%’8&,.&,9:;<=>?@*=>（ABC<)DEB=D*F0BG@<=;G;=BB);=>，IJ=<=K=LD;DJDB*F/BG@=*H*>M，IB=>M<=>!"##$#，%@;=<）’9,$%)7$,：/@BG*J)LB*F)JCDJ)B*FBHBGD)*E*D*)@;=D)*QJG;=>D@BE*LD()*+’D*E*QBH<=QF;=;DBBHEB=D<=

3、=，D@BL=!"引言在对某厂!W$因疲劳断裂的电机轴进行金相组电机轴是电机的关键部件，常用的电机轴主要由织分析中，从轴心部位金相组织（图#）和轴表层金若干块（WX7）肋板焊接或利用花键联结与主轴

4、组合而成。电机广泛应用于各种机械、矿山、冶金、油田、农业等行业，由于工作条件恶劣，过载时间长，加之频繁的正转和反转，经常在肋板与轴的结合处、轴肩等处产生裂纹，最终导致断裂事故，给生产及安全造成很大的影响。为此，我们对电机轴的断裂原因图#4轴心部位金相图"4轴表层金相进行了比较系统的分析，并采用%&’软件，结合44组织（Z3[）44组织（Z3[）()*+’建模、&,-.-有限元分析对电机轴进行了优化相组织（图"）照片分析表明，该轴形成了沿圆周分设计，使电机的工作性能达到最优的同时，大大缩短布的环状裂纹，该部位是因为肋板与电机轴焊接

5、时采了设计周期，降低了设计成本，在实际应用中得到了用低碳钢焊条，使轴表面形成了软化的堆焊层，在循良好的效果。环的交变应力作用下，该部位形成连续的沿周向分布#"断裂分析的环状裂纹，进而裂纹区扩大，最后整个轴断裂，造电机轴在工作中主要承受交变弯曲应力和扭转应成事故；另一方面，电机轴的非配合面在加工时经常力的作用，通常由作用在肋板上的电磁拉力、轴两端被忽视，轴表面和轴肩过渡圆角处常留有刀痕，表面的拉力、轴颈处的重力引起，这些应力随运行过程不粗糙度过大，这样会引起状态系数"降低，使轴的抗断发生变化，一旦过载、突然启动和制动、多次重载疲劳

6、能力降低而引起折断；在使用花键联结的电机轴荷冲击，电机轴的某些局部位置可能发生低周大应变疲劳开裂和扭转过载塑性断裂。中，经常出现在加工时未按图纸的规定将花键加工成断轴情况发生负荷侧，主要可能出现在前轴承支圆齿根，这也可能是导致轴断裂的原因之一。承处、有明显的刀痕处、肋板与主轴的结合处、轴肩（1）应力集中处及有槽的地方。根据观察、实验和分析，断裂的原这是电机轴断裂最常见的原因。电机轴在设计和因有以下几点：工艺上经常有各种槽（如越程槽、卸载槽等）、阶梯（#）材质缺陷过渡处和轴肩等结构，如果槽结构不合理或不均匀、我们从断轴中选取一部分

7、进行材料分析和机械性过渡圆角太小、轴径变化较大等，电机轴在交变应力能试验，材料分析结果表明，当选用的材料为优质碳的作用下，这些部位的应力分布会极不均匀，在应力素结构钢和合金钢且未经过有效的热处理时，材质性特别高的部位逐步形成微观裂纹且逐渐扩展，最后导Y致突然脆性断裂。能差、强度不够；通常的电机轴采用!3钢，但从送Y我们利用&,-.-软件对某厂!"$$电机断轴进行检的!3钢进行的物理探伤检验，发现有大量大于!"的缺陷，因此，材料的选用不当和材料的质量低劣是有限元分析发现该轴与肋板的结合处应力最大，与实可能导致电机轴断裂的主要原因。

8、际断裂处一致，说明此处的形状转折过大引起了应力（"）加工工艺和焊接工艺不当万方数据集中，是造成断轴的主要原因。·""!·《机床与液压》"++$?2*?&!"改进措施从应力最集中处可以看到与实际断裂处一致，说（!）取消或改进槽结构，提高电机轴的加工精明计算结果与实