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通过电机轴伸强度控制 预防断轴问题

2020-11-20 13:53:07     来源:电机技术日参        

【大比特导读】事实上,类似满足特定用户专用设备的非标安装尺寸的情况愈来愈普遍。许多技术实力雄厚的电机配套户为抢占市场份额,一方面竭力压缩设备外形尺寸、一方面想方设法大幅提升设备潜能,带动了体积小、性能强的高功率密度电机的需求。

电机轴伸出问题的几率很小,只是在电机修理厂偶尔会遇见断轴的情况。Ms.参非常清楚轴伸何等重要,却也不曾想轴伸或轴伸键强度会出现问题,觉得地球人都知道的标准电机轴伸结构,几何尺寸标准限死、材质历经好几十年从未改变,没必要花功夫研究。哪知凡事有这么个规律:料想不可能而忽略、心中始终有些忐忑的问题,总是会“碰巧”出现。这不,专门从事电机售后服务的朋友小H找Ms.参,咨询为什么最近有个别规格的电机轴伸老出问题。

Ms.参的直觉意识到:轴伸问题既然发生了,这不是小事,可能是设计环节有重要元素疏忽了。Ms.参先打问清楚具体情况:轴伸键受损、键槽变形;个别轴伸齐根断掉。接下来,开始对照标准轴伸尺寸、核实额定功率。果不其然,轴伸易出问题的电机安装尺寸非标、功率输出有1.2倍服务系数要求。

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事实上,类似满足特定用户专用设备的非标安装尺寸的情况愈来愈普遍。许多技术实力雄厚的电机配套户为抢占市场份额,一方面竭力压缩设备外形尺寸、一方面想方设法大幅提升设备潜能,带动了体积小、性能强的高功率密度电机的需求。然而,设计电机的性能虽非常完美地实现了这一目标,却高估了电机轴的机械特性,未进行严密的强度计算。

轴类零件设计很有讲究,涉及多方面问题。第一,材质的选取和所选材料特性的研究;第二,确定安全系数;第三,强度计算。任一设计因素的忽略,都会招致致命后果。Ms.参结合朋友小H的案例,简要谈谈电机轴伸强度校核计算。

材质和所选材料特性

电机轴和轴伸键通常为45钢,常温、静载和一般工作条件下的许用应力为186MPa。

在拉伸和压缩时(常温、静载)的机械性质具体为:屈服极限353 MPa,强度极限597 MP,塑型性质:延伸率16%、断面收缩率40%。

因延伸率大于5%,45钢属于塑性材料。按碳的质量百分数,含碳0.45%(介于0.25%和0.60%之间),为中碳钢;按钢的质量(含硫≤0.040%,含磷≤0.040%),为优质碳素钢。

安全系数

安全系数与很多因素有关。过大的安全系数,会浪费材料;太小的安全系数,则可能使构件不安全。一般应考虑以下几方面:

(1)载荷估计的准确性;

(2)简化过程和计算方法的精确性;

(3)材料的均匀性;

(4)构建的重要性;

(5)零件工作条件、减轻自重和其他因素等。一般构件取值为:塑性材料按屈服极限规定为1.5~2.0; 脆性材料按强度极限规定为2.0~5.0。以上许用应力为186MPa,表明安全系数为353/186=1.9。

电机轴伸强度校核计算

许用应力确定轴和轴伸键为45钢,许用应力(拉伸和压缩)[σ]=186MPa。许用剪应力 [τ]=(0.6~0.8)×[σ]=112MPa, 许用挤压应力 [σjy] =(1.7~2.0)×[σ]=316MPa。

强度校核计算步骤1 电机额定数据:功率P,转速n,服务系数SF。

2 轴伸和轴伸键参数为:轴径d,键宽b,键高h,键长l。

3 轴截面积F=πd2/4。

4 扭矩M=P×SF/Ω,其中Ω=2πn/60。

5 轴的抗扭截面系数W=πd3/16。

6 轴伸强度条件:τ= M/W <= [τ]

7 轴伸键槽及轴伸键强度条件:σjy = 2M/d/Fjy<=[σjy],式中Fjy = l×h/2。

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