Y-560型電機轉軸與筋板焊接結構的疲勞優(yōu)化設計.pdf

1、某廠電機轉軸焊接結構在運行一年左右會在軸與筋板端面結合的焊趾處開裂，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、有限元數值模擬技術并結合斷裂力學理論進行了深入的結構受力分析和疲勞強度計算，提出了電機轉軸的筋板封頭焊接方案，結果證明此方法可以有效減緩筋板端頭處的應力集中。在此工作的基礎上，以提高生產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據為依據進行了優(yōu)化方案的對比評價。
　　借助于

2、大型工程軟件MSC.Marc，將此結構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生的。
　　比較

3、壽命計算結果可以看出，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軸的疲勞破壞中起到的作用，遠遠超過沖擊扭矩產生的Ⅲ型裂紋動載荷的作用?？梢詳喽ǎ姍C轉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。為了提高電機轉軸的使用期限，減小斷軸幾率，采用在原結構基礎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構