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电机轴的失效分析和优化设计 电机轴的失效分析和优化设计

格式:word 上传:2022-06-25 15:34:05

《电机轴的失效分析和优化设计》修改意见稿

1、“.....注冷却介质的冷却能力越大,材料的冷却速度越大,越容易超过该材料的临界淬火温度,则工件越容易淬硬,淬硬层的深度越深,但是,冷却速度过大将产生巨大的淬火应力,易于使工件产生变形或开裂。水的冷却特性很不理想,在需要快冷区间,其冷却速度很小,不超过。而在需要慢冷的马氏体转变温度区,其冷却速度又很大,在最大冷却速度高达,很容易造成淬火工件的变形或开裂。水温升高,高温区冷却速度显著下降,而低温区的冷却速度仍然很高,适用于尺寸不大形状简单的碳钢淬火。其次,由于蒸汽膜阶段会延长很长,随着淬火水温的升高,助长了蒸汽膜的停留时间,使阶段延长,造成硬度不变。油的主要优点是在低温区的冷却速度比水小很多,从而可大大降低淬火工件的组织应力,减少工件变形或开裂的倾向。第章输出轴的有限元分析及优化设计有限元分析采用的软件为,它是融结构热流体电磁声学于体的大型通用软件......”

2、“.....于年由博士创建而成的,广泛应用于机械制造石油化工轻工造船航空航天汽车交通电子土木工程水利铁道日用家电生物医学等众工业领域及科学研究。本文所做的内容是关于轴断裂失效问题,发生断裂失效的轴件中有属疲劳断裂,疲劳断裂的原因主要是应力集中,应力集中往往又出现在轴结构中轴径变化大的地方如越程槽卸载槽等阶梯过渡处和轴肩,所以很有必要对轴结构特别是轴径变化大的部位进行应力分析。为此,我们利用软件对实际轴和图纸上的设计轴进行应力位移情况进行比较和研究,能较合理的分析出断轴的原因,并在此经常上再利用软件提出合理的改进意见,这不但能保证设备的正常使用,提高工厂的经济效益,而且可提供套较完整的关于轴的有限元失效分析及优化设计的相关参考,具有很高的实用价值。通过对断轴的实际几何尺寸的测绘,我们得到以下电机轴的结构如图所示......”

3、“.....硅片和线圈绕在肋板上,利用磁场产生电流来工作。在电机的工作中,肋板和轴的结合处由于电磁力的周期作用出现了较大的应力集中,加上轴的常规设计和般的工艺缺陷,会产生了疲劳裂纹,最终导致了零件的断裂失效。建模利用软件,作出阶梯轴零件图,如下图所示。在建模中,由于要进行有限元分析,为减少小尺寸的影响,些不重要的倒角倒角可以省略,此外,减速器轴的实际受力过程是不断运动的,为便于分析起见,在受力等效的原则下,通过施加约束转化为个静力分析模型。图主轴零件图的建模图肋板的建模图焊缝的建模图电机轴的建模分析网格划分本文采用,将中电机轴的建模调入其中进行网格的划分。在有限元的划分上,采用了的单元来划分网格,利用分层和多次剖切的方法,将全轴用映射网格划分,在划分网格时特意将轴肩处划的较密,这样既采用了形态较好的六面体网格,又使网格疏密有致......”

4、“.....即为轴断裂的地方。由该轴的应力和位移分布状态的力学分析报告中得知,应力和位移在此处最大,超过正常情况很多。利用有限元分析软件对轴的结构进行改进,在轴端连接处用的圆弧光滑过渡,结果表明,应力的最大值由原来的变化到,应力集中在优化后减小了接近。此值与理论值兆帕相差不大,结果可信,符合工况要求。结束语毕业设计是我第次系统的全面独立地进行设计工作。在设计过程中,不但巩固了专业知识,加深了对知识的融会贯通,更为重要是是,培养了我严谨务实的工作作风,锻炼了我分析问题,解决问题的能力。这对我毕业后调整自我,尽快胜任工作将产生很大的作用。毕业设计是对我大学学习的次综合考试。通过毕业设计,加深了我机械专业的理解,深刻体会到了工程技术人员这几个字的分量。通过毕业设计,我学到了很多东西如何学习,如何合作,如何做人。通过毕业设计,也增强了我的自信心。我也相信能够胜任以后的工作岗位......”

5、“.....在学习中工作。毕业设计中的挫折和喜悦,经验与教训将会是我今后工作的笔重要财富。感谢杨师的悉心指导。杨老师严谨治学,知识渊博,能够成为杨老师的学生是我荣幸,感谢各位老师的指点和宝贵意见,附录参考文献张栋失效分析北京国防工业出版社孟昭蓉年世界航空安全形势回顾专题报道张峥失效分析程序理化检验物理分册张栋机械失效的实用分析北京国防工业出版社,尹柏生有限元分析系统的发展现状与展望张洪信有限元基础理论与应用机械工业出版社土大伦,赵德寅,郑伯芳轴及紧固件的失效分析机械工业出版社王猛,刘吉普,杨湘洪基于有限元的爪式联轴器失效分析与优化机械研究与应用张栋机械失效的实用分析北京国防工业出版社美国金属学会金属手册第八版机械工业出版社刘民治钟明勋失效分析的思路与诊断机械工业出版社张栋机械失效的痕迹分析国防工业出版社郑文龙金属构件断裂分析与防护上海科技出版社郭秀文......”

6、“.....划分的结果如下图所示。加载求解施加载荷的大小是以材料的屈服强度为依据,取试件的屈服强度计算值的为施加的载荷,具体的计算如下施加的载荷材料的抗拉强度试件的横截面积。的抗拉强度解得吨,即在加载面积上的应施加的吨。查看求解结果应力分布图是几何模型的应力分布图,表达了该轴的应力分布情况及最大应力的位置和数值。从图中我们更清楚的看出轴节点的应力最大位置在圆圈中处即拐轴的连接处,最大值为兆帕......”

7、“.....说明计算结果与实际情况基本相符。基本上可以认为肋板与轴的结合处的形状转折过大,容易造成应力集中。因此应该选择过渡曲线平滑的形状,并焊透以抵抗抵抗应力的强度。电机轴的优化设计仍然采用软件进行轴的优化设计,并对所做的优化结构进行分析验证,达到减少应力集中,提高零件及设备的使用寿命。建立目标函数经过对实际轴和设计轴的分析,可以应力最大主要是发生在轴端连接处,在保证其它的基本尺寸不变的情况下,对连接处的结构进行优化,用有限元的方法在加载和约束等条件不变的情况下,对它进行分析,达到减小最大应力,消除应力集中,符合工况要求。改进后轴结构在轴端连接处用的圆弧光滑过渡,如下图所示,并且在加工过程中不能出现圆弧沟等加工刀痕,消除由于加工的原因而增加断裂的因素......”

8、“.....同样的加载大小和方式,通过软件处理,得到以下结果图应力分布。单元受力情况图应力分布图图改进模型的应力分布图从图中看出,轴的结构进行改进以后,在应力分布最大处,应力过渡平稳,用新的零件将应力最大值从降低到符合使用应力。可以看出在优化之后应力集中的状况有了非常大的改善。所以优化设计是成功的。小结在上述两种情况的比较中可以看出,最大应力均发生在轴肩附近,说明该处有严重的应力集中,是断裂最先发生区,这与两断轴均在该处断开裂纹扩展连线最长这现象是致的。结论通过电机轴材料的宏观微观断口力学性能有限元分析及优化设计等方面的研究得出以下结论结论由断轴材料化学成分分析报告机械性能结果及金相实验报告表明,该材质的成分和机械性能合格,整个断口新鲜,无氧化和腐蚀现象,没有塑性变形痕迹,说明裂纹从产生到断裂是有较短的时间内完成的,可断定该轴裂纹为典型的脆性断裂特征......”

9、“.....使轴根部在采用淬火工艺中出现缺陷成为了裂纹源,这就是发生脆性断裂的主要原因之。虽然整体调质在化学成分和机械性能方面基本达到要求,但在实际的制作上,以水淬代替了油淬,增大了轴冷却速度,加上淬火操作不当或回火不及时致使工件中存在过大的残余应力,在该轴截面急剧变化部位产生了较大的温差,引起较大的热应力。裂纹的产生主要是以下过程起源点阶梯截面部位的冶金缺陷淬火裂纹氢脆开裂氢含量过高应力集中处脆性断裂。轴结构上由于有道半标准维修技术等。上述事后分析也既是失效分析或故障分析,是指事故或鼓掌发生后的检测和分析,以便找到失效的部位原因和机理掌握产品的改进线索或修复方法,防止问题重复发生。近年来,失效分析工作还注意了反馈与发展,在工况与质量上做了不少工作,从事前分析事后预防发展到事中监控。失效分析的思路失效分析及失效的防止好比医生治病......”

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