Y-560型電機轉(zhuǎn)軸與筋板焊接結(jié)構(gòu)的疲勞優(yōu)化設計.pdf

1、某廠電機轉(zhuǎn)軸焊接結(jié)構(gòu)在運行一年左右會在軸與筋板端面結(jié)合的焊趾處開裂，嚴重的影響了電動機的正常使用。針對這一問題，本文運用焊接力學理論、有限元數(shù)值模擬技術(shù)并結(jié)合斷裂力學理論進行了深入的結(jié)構(gòu)受力分析和疲勞強度計算，提出了電機轉(zhuǎn)軸的筋板封頭焊接方案，結(jié)果證明此方法可以有效減緩筋板端頭處的應力集中。在此工作的基礎(chǔ)上，以提高生產(chǎn)效率為目的進一步提出了減小原始焊縫尺寸的優(yōu)化方案，并以大量計算分析數(shù)據(jù)為依據(jù)進行了優(yōu)化方案的對比評價。
　　借助于

2、大型工程軟件MSC.Marc，將此結(jié)構(gòu)所承受的載荷看成是由某個不變的平均應力（靜載—恒定應力部分）和應力振幅（交變應力部分）的組合。首先假定筋板端面的焊趾處存在0.5mm深的橢圓形片狀裂紋，分析表明，使轉(zhuǎn)軸沿徑向疲勞破壞的Ⅰ型裂紋靜載荷為焊趾附近的縱向殘余應力，Ⅰ型裂紋載荷的交變部分為重力引起的正交變化的軸向應力；使轉(zhuǎn)軸沿徑向疲勞破壞的Ⅲ型裂紋靜載荷為焊趾附近的橫向殘余應力，Ⅲ型裂紋載荷的交變應力是受沖擊扭矩作用產(chǎn)生的。
　　比較

3、壽命計算結(jié)果可以看出，無論是負載端還是自由端，重力和焊接應力疊加形成的Ⅰ型裂紋載荷在電機轉(zhuǎn)軸的疲勞破壞中起到的作用，遠遠超過沖擊扭矩產(chǎn)生的Ⅲ型裂紋動載荷的作用。可以斷定，電機轉(zhuǎn)軸的疲勞失效主要是由于自由端的軸承距離筋板端部較遠，重力引起的局部應力集中過大所致。為了提高電機轉(zhuǎn)軸的使用期限，減小斷軸幾率，采用在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上筋板端部直封頭焊接的優(yōu)化方案。兩種方案的剩余壽命比較表明，采用封頭焊接方案可以使更容易發(fā)生破壞的自由端的疲勞壽命比原結(jié)構(gòu)