偏心及共振對(duì)航空高速電機(jī)軸的疲勞研究.pdf

1、在現(xiàn)代軸類零件疲勞壽命研究中，由于安裝誤差而引起兩軸承之間不對(duì)稱產(chǎn)生偏角的研究已經(jīng)有很多且很成熟，但是由于振動(dòng)以及安裝誤差而引起軸端的偏心對(duì)軸的疲勞壽命研究分析很少，且針對(duì)偏心及振動(dòng)提出一個(gè)普遍實(shí)用的解決方法也很少。所以對(duì)軸類零件進(jìn)行共振驗(yàn)證以及軸端偏心對(duì)疲勞壽命的影響研究具有十分重要的意義。本文通過(guò)對(duì)斷軸斷面形貌斷裂紋理分析，得到了此軸類零件斷裂主要是由于偏心、振動(dòng)、斷口端面在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)承受彎矩共同作用，斷裂性質(zhì)均為扭矩剪切應(yīng)力作用下

2、形成的過(guò)載斷裂。對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析，得到了轉(zhuǎn)子的三階臨界轉(zhuǎn)速1565.5r/min，22558r/min，22765r/min，與電機(jī)轉(zhuǎn)速11076r/min對(duì)比，接近轉(zhuǎn)速安全裕度分別為85.8％和50.9%，均大于危險(xiǎn)裕度10%，研究說(shuō)明了電機(jī)轉(zhuǎn)子不會(huì)因?yàn)榕R界轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速接近而發(fā)生共振影響軸的疲勞壽命，同時(shí)通過(guò)模態(tài)仿真分析與固有頻率試驗(yàn)分析驗(yàn)證了仿真與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性同時(shí)也說(shuō)明了電機(jī)不會(huì)因?yàn)楣逃蓄l率而引起共振對(duì)軸疲勞壽命產(chǎn)

3、生影響。對(duì)軸伸端進(jìn)行實(shí)際偏心及應(yīng)力理論計(jì)算，實(shí)際極限偏心為0.125mm，軸上薄弱處應(yīng)力值大小為785.44mpa，通過(guò)ANSYS有限元仿真分析軟件對(duì)航空電機(jī)主軸進(jìn)行模擬工況邊界條件應(yīng)力分析得到軸上薄弱處應(yīng)力大小為752mpa，驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果與仿真分析的準(zhǔn)確性，為主軸應(yīng)力設(shè)計(jì)提供了可參考依據(jù)。查閱航空材料手冊(cè)得到了30CrMnSi材料的疲勞壽命曲線，并求得了曲線上13個(gè)應(yīng)力點(diǎn)對(duì)應(yīng)的疲勞壽命循環(huán)次數(shù)，根據(jù)斷軸處應(yīng)力大小和S.N曲線擬合得到

4、斷軸處的疲勞壽命為20674個(gè)周期。針對(duì)在偏心及振動(dòng)對(duì)軸類零件疲勞壽命的影響，提出了軸承在預(yù)緊力下及在軸承與襯套之間添加橡膠墊圈起到減振及偏心固定端轉(zhuǎn)移的目的使軸類零件壽命得到了大大的提高，并且通過(guò)每200h記錄電機(jī)前端、后端、后端側(cè)面振動(dòng)的方法對(duì)電機(jī)進(jìn)行了1500h的壽命實(shí)驗(yàn)，且電機(jī)各部件仍能正常工作。通過(guò)理論有限元仿真讓改善前后軸上薄弱處應(yīng)力對(duì)比，未加橡膠圈時(shí)軸上薄弱處應(yīng)力為785.44mpa，加了橡膠圈后軸上薄弱處應(yīng)力大小為95.