应力分析报告

C型PMWD扶正器轴应力分析报告

一、背景

C型扶正器轴频繁出现断裂或裂缝，裂缝或者断裂位置如图1所示：

图1 出现问题的扶正器轴

为了分析此问题的原因，对扶正器轴进行应力分析，看其应力分布情况。

二、有限元应力分析

断裂或出现裂缝的扶正器轴规格是：硬度为HRC37~42，端部壁厚为4mm，与10芯插

座连接处根部为直角，如图2所示：

图1 扶正器轴规格

用ANSYS 软件对扶正器轴进行应力分析，轴的模型为原始状态，即壁厚4mm, 根部为直角，加载荷为扭矩1500Nm，约束和载荷的位置如图2所示：

图2 扶正器轴载荷图

分析的结果如图3，4所示：

图3 加载端应力分布图

图4 约束端应力分布图

经过观察轴应力集中位置恰好处于与10芯插座连接处根部，为了消除应力集中，采取在应力集中处（即为根部倒圆角），分为轴向圆角和偏向圆角。

1.而轴向圆角又分为R1.5和R

2.5；分别对以上2种情况做有限元应力分析，结果如图5~8

所示：

（1）轴向圆角R1.5，壁厚4.5mm

图5 加载端应力分布图

图6 约束端应力分布图（2）轴向圆角R2.5，厚4.5mm

图7 加载端应力分布图

图8 约束端应力分布图

对比上述2种情况的应力分布图观察，发现轴向圆角R2.5比R1.5所受应力明显偏小；所以我们采取选择圆角为R2.5的再进行分析，现在对位置进行分析，如果以根部直角为圆心，轴向中心线方向为x轴，偏向圆角圆心位置又分为三种，分别为（0.5,0.5）、（-1,1）和（1,2）。见下图

2.三种偏向圆角分析结果如图9~14所示：

（1）偏向圆角R2.5，厚4.5mm，圆心（0.5,1.5）

图9 加载端应力分布图

图10 约束端应力分布图

图11 加载端应力分布图

图12 约束端应力分布图

图13 加载端应力分布图

图14 约束端应力分布图

对比偏向圆角R2.5的3种情况，发现圆心为（1,2）位置的轴所受应力明显偏小。3.

根据上述表格对比，可以看出最小的2种情况是轴向圆角R2.5和偏向圆角R2.5【圆心为（1.2）】，再仔细对比此2种情况的应力分布图

图15 加载端（左边是轴向圆角R2.5，右边是偏向圆角R2.5）

图16 约束端（左边是轴向圆角R2.5，右边是偏向圆角R2.5）

轴向圆角应力集中较小，只是在尖角小范围内产生143MPa （加载端）和121MPa （约束端），如果去除尖角，其它部位最大应力大约为125MPa （加载端）和90MPa （约束端）；而偏向圆角最大应力集中区域较广，在圆弧面较大范围产生115MPa （加载端），约束端分布较好，只是在局部很小范围产生最大应力，但是其应力值较大，最大为136MPa ，圆弧面分布区域较广的应力值也达到102MPa 以上。

综合考虑以上2种情况，轴向圆角R2.5更优，但必须去除最大应力集中处的尖角。

三、结论

对扶正器轴采取轴向倒圆角，尺寸为R2.5，去除尖角。相对无圆角时最大应力减少了50%以上。