程明輝　夏重　張曉洪　陳鵬　史超
（西華大學(xué)機(jī)械工程與自動化學(xué)院，四川成都　610039）

　　摘　要：針對某企業(yè)起動機(jī)轉(zhuǎn)子軸發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，通過傳統(tǒng)理論分析和SolidWorks中的Simulation有限元分析軟件的靜應(yīng)力分析，均發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸滿足使用要求，理論分析與軟件分析結(jié)果一致。通過實(shí)驗(yàn)測得實(shí)際數(shù)據(jù)，Z終提出斷裂是由于過載引起的。

　　關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子軸；理論分析；Simulation；過載
　　引言
　　轉(zhuǎn)子軸是起動機(jī)的重要部件，如果發(fā)生斷裂不僅裝拆不方便，而且更換成本也較大。針對某企業(yè)起動機(jī)轉(zhuǎn)子軸在正常使用情況下突然發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，通過傳統(tǒng)理論分析和Solid Works中的Simulation有限元分析軟件的靜應(yīng)力分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸滿足正常的使用要求。通過實(shí)驗(yàn)測得實(shí)際工作載荷，Z終找到斷裂的原因。

　　1.失效分析
　　某企業(yè)轉(zhuǎn)子軸使用的材料為20CrMnTi，要求整體滲碳淬火：HRC48-55，轉(zhuǎn)子軸的額定壽命是20000轉(zhuǎn)，實(shí)際工作13000轉(zhuǎn)，斷裂時(shí)沒有達(dá)到使用壽命。實(shí)際斷裂如圖1，斷裂位置發(fā)生在花鍵軸過渡圓角處。初步判斷是過渡圓角應(yīng)力集中導(dǎo)致的。

　　1.1傳統(tǒng)理論分析
　　20CrMnTi材料熱處理后的Z大的抗拉強(qiáng)度是1436Mpa，屈服強(qiáng)度是960Mpa。根據(jù)起動電機(jī)起動特性曲線，取Z大扭矩T=3.4N/m²，轉(zhuǎn)速為1500r/min，對轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行理論計(jì)算，求出Z大工況的應(yīng)力。經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)花鍵軸過渡圓角處是Z大危險(xiǎn)截面。

　　Z大危險(xiǎn)截面的應(yīng)力是Mpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的屈服極限960Mpa，滿足正常的使用要求^[1]-[3]。
　　1.2有限元軟件靜應(yīng)力分析
　　利用Solid Works中的Simulation有限元分析軟件進(jìn)行靜應(yīng)力分析。選擇材料為20CrMnTi，彈性模量為210Gpa，泊松比為0.27。對轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕s束轉(zhuǎn)子軸的支撐位置，并施加相應(yīng)的作用力和扭矩^[4]，對轉(zhuǎn)子軸自動劃分網(wǎng)格，然后求解如圖2。轉(zhuǎn)子軸的Z大應(yīng)力是114.24Mpa，應(yīng)力值明顯低于材料的屈服極限960Mpa，滿足正常的使用要求。

　　2.斷裂位置分析
　　通過理論分析和有限元分析軟件靜應(yīng)力分析發(fā)現(xiàn)花鍵軸過渡圓角部位應(yīng)力Z大，容易發(fā)生斷裂。從實(shí)際斷裂位置可以發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子軸的應(yīng)力Z大處與實(shí)際斷裂位置相吻合。實(shí)驗(yàn)測得轉(zhuǎn)子軸工作時(shí)的負(fù)載是44.889KN，Z大危險(xiǎn)截面的應(yīng)力是1014.12Mpa，大于材料的屈服極限960Mpa。可以得出轉(zhuǎn)子軸在過載情況下連續(xù)工作。

　　3.結(jié)束語
　　根據(jù)某企業(yè)轉(zhuǎn)子軸失效的具體實(shí)例，利用Solid Works中的Simulation有限元分析軟件進(jìn)行靜應(yīng)力分析，發(fā)現(xiàn)和傳統(tǒng)的分析結(jié)果基本一致，為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子軸時(shí)，可以將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和Solid Works軟件相結(jié)合，提高設(shè)計(jì)效率。在設(shè)計(jì)過程中要注意應(yīng)力集中的部位，避免在過載情況下運(yùn)行，提高轉(zhuǎn)子軸的壽命。

　　參考文獻(xiàn)：
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　　作者簡介：程明輝（1987-），河南洛陽人，在讀研究生，主要方向：數(shù)字化設(shè)計(jì)。

來源：《中國機(jī)械》2015年第7期