电机转轴疲劳计算

电机转轴疲劳计算

一、引言：

疲劳强度安全系数校核的目的时校核轴对疲劳破环的抵抗能力，它是在经过轴的初步计算和结构设计后，根据其实际尺寸，承受的弯矩、转矩图、考虑应力集中，表面状态，尺寸影响等因素及轴材料的疲劳极限，计算轴的危险截面处的安全系数值是否满足需用安全系数值。

危险截面安全系数S的校核公式

应力幅及平均应力计算公式

许用安全系数

S

P

注：如果轴的损坏会引起严重事故，p S 值应适当加大。 二、基本数据： 额定功率：1500KW; 转轴材料：35CrMo

σS ——只考虑弯矩作用时的安全系数

p S =1.5~1.8（许用安全系数）

1-σ=320MPa （对称循环下的材料弯曲疲劳极限）

1-τ=185 MPa

τσK K ,=1.99,1.61;

013.0,5.7==-d

r

r d D β=1

τS ——只考虑扭矩作用时的安全系数

τσεε,=0.54，0.60（绝对尺寸影响系数）

τσψψ,=用车削状态，0.34（弯曲）

、0.30（拉压）、0.21(扭转) 三、通过有限元ANSYS 来确定最危险截面：

建立转轴横向截面，要求将圆角与倒角按实际建立，轴承支撑处进行约束，在模型中，对转轴铁心位置处施加单位载荷，进行静力分析。

通过显示mises 应力云图，得到弯曲状态下最危险截面为靠近轴承处，φ150与φ165的过渡面位置；扭转状态下，其最危险截面应为与联轴器把合处，但本文考虑转轴本体，故认为扭转状态的危险截面与弯曲状态危险截面一致。

铁心处施加均布荷载应力分布图

四、经典公式计算：

1、假设循环特性为对称循环：

m a σσ,——0.42MPa,0MPa

m ττσ,——12MPa,0MPa

代入公式：

2060

34.042.054

.0199

.1320

1

=⨯+⨯⨯=

+=

-m

a K S σψσβεσσσ

σ

σ

745.50

21.01260

.0161

.1185

1

=⨯+⨯⨯=

+=

-m

a K S τψτβετττ

τ

τ

p

P

S S S S S S S ≥=+⨯=

≥+=74.5745

.5206745.52062

2

2

2

τ

στσ

2、假设循环特性为脉动循环

m a σσ,——0.21MPa,0.21MPa

m ττσ,——6MPa,6MPa

代入公式：

7.37821

.034.021.054

.0199

.1320

1

=⨯+⨯⨯=

+=

-m a K S σψσβεσσσ

σ

σ

66.106

21.0660

.0161

.1185

1

=⨯+⨯⨯=

+=

-m

a K S τψτβετττ

τ

τ

p

P

S S S S S S S ≥=+⨯=

≥+=65.1066

.107.37866.107.3782

2

2

2

τ

στσ

综上，考虑到转轴在有弯矩和扭矩综合作用下，其安全系数远大于许用安全系数，转轴设计符合疲劳强度要求。