本文關鍵詞：偏心及共振對航空高速電機軸的疲勞研究

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【摘要】：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,但是由于振動以及安裝誤差而引起軸端的偏心對軸的疲勞壽命研究分析很少,且針對偏心及振動提出一個普遍實用的解決方法也很少。所以對軸類零件進行共振驗證以及軸端偏心對疲勞壽命的影響研究具有十分重要的意義。本文通過對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、斷口端面在旋轉的同時承受彎矩共同作用,斷裂性質均為扭矩剪切應力作用下形成的過載斷裂。對電機轉子進行轉子動力學分析,得到了轉子的三階臨界轉速1565.5r/min,22558r/min,22765r/min,與電機轉速11076r/min對比,接近轉速安全裕度分別為85.8%和50.9%,均大于危險裕度10%,研究說明了電機轉子不會因為臨界轉速與額定轉速接近而發(fā)生共振影響軸的疲勞壽命,同時通過模態(tài)仿真分析與固有頻率試驗分析驗證了仿真與試驗數(shù)據(jù)的準確性同時也說明了電機不會因為固有頻率而引起共振對軸疲勞壽命產(chǎn)生影響。對軸伸端進行實際偏心及應力理論計算,實際極限偏心為0.125mm,軸上薄弱處應力值大小為785.44mpa,通過ANSYS有限元仿真分析軟件對航空電機主軸進行模擬工況邊界條件應力分析得到軸上薄弱處應力大小為752mpa,驗證了計算結果與仿真分析的準確性,為主軸應力設計提供了可參考依據(jù)。查閱航空材料手冊得到了30Cr Mn Si材料的疲勞壽命曲線,并求得了曲線上13個應力點對應的疲勞壽命循環(huán)次數(shù),根據(jù)斷軸處應力大小和S.N曲線擬合得到斷軸處的疲勞壽命為20674個周期。針對在偏心及振動對軸類零件疲勞壽命的影響,提出了軸承在預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移的目的使軸類零件壽命得到了大大的提高,并且通過每200h記錄電機前端、后端、后端側面振動的方法對電機進行了1500h的壽命實驗,且電機各部件仍能正常工作。通過理論有限元仿真讓改善前后軸上薄弱處應力對比,未加橡膠圈時軸上薄弱處應力為785.44mpa,加了橡膠圈后軸上薄弱處應力大小為95.78mpa,說明在相同極限偏心0.125mm下,軸承與襯套接觸面開槽加橡膠圈的方法使軸上薄弱處應力大大的減小。為今后軸類零件提高疲勞壽命的實際運用方法研究提供了可參考的理論依據(jù)。
【關鍵詞】：偏心 共振 理論驗證 有限元仿真 疲勞壽命
【學位授予單位】：貴州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V229.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 研究的背景與實際生產(chǎn)意義8
• 1.2 金屬材料疲勞斷裂的發(fā)展歷程8-10
• 1.3 軸類零件疲勞斷裂的研究狀況10-11
• 1.4 現(xiàn)代研究中存在的不足11
• 1.5 課題來源和研究內容11-14
• 1.5.1 課題來源11-12
• 1.5.2 研究內容12-14
• 第二章 疲勞破壞機理及壽命研究方法14-20
• 2.1 疲勞破壞過程14
• 2.2 斷軸端面形貌分析14-17
• 2.2.1 斷軸端面形貌宏觀分析15
• 2.2.2 斷軸端面形貌微觀分析15-17
• 2.3 疲勞壽命研究方法17-19
• 2.4 本章小結19-20
• 第三章轉子振動特性研究20-31
• 3.1 前言20
• 3.2 有限元分析法理論20
• 3.3 轉子模態(tài)分析與實驗驗證20-26
• 3.3.1 轉子模態(tài)分析20-23
• 3.3.2 模態(tài)試驗23-26
• 3.3.3 模態(tài)分析與試驗驗證結果比對分析26
• 3.4 轉子動力學分析26-30
• 3.5 本章小結30-31
• 第四章偏心對軸壽命的影響研究31-48
• 4.1 偏心產(chǎn)生的原因及大小31-33
• 4.1.1 軸四方與機殼軸向對稱度31
• 4.1.2 定子止.公差31-32
• 4.1.3 四方軸線與定子中心軸線同軸度32
• 4.1.4 止.端面垂直度32-33
• 4.2 軸上薄弱處應力計算33-37
• 4.2.1 模型簡化33-34
• 4.2.2 軸伸段極慣性矩確定34-36
• 4.2.3 軸伸端薄弱處應力計算36-37
• 4.3 對軸進行有限元應力仿真37-40
• 4.3.1 軸模型確定37
• 4.3.2 材料確定37
• 4.3.3 軸的網(wǎng)格劃分37-39
• 4.3.4 添加邊界條件39
• 4.3.5 有限元仿真結果39-40
• 4.4 軸疲勞壽命結果分析40-45
• 4.4.1 疲勞壽命曲線40-44
• 4.4.2 疲勞壽命仿真44-45
• 4.5 不同偏心量對軸疲勞壽命的影響45-47
• 4.6 本章小結47-48
• 第五章電機軸壽命試驗研究48-72
• 5.1 前言48
• 5.2 改進試驗48-68
• 5.2.1 試驗設備概況49-50
• 5.2.2 實驗結果記錄與描述50-68
• 5.3 改進接觸關系仿真驗證68-71
• 5.3.1 仿真前處理68-69
• 5.3.2 結果對比分析69-70
• 5.3.3 結果優(yōu)化原因分析70-71
• 5.4 本章小結71-72
• 結論及展望72-74
• 1.主要結論72-73
• 2.未來展望73-74
• 參考文獻74-77
• 致謝77-78
• 附錄A 攻讀碩士學位論文期間發(fā)表論文與成果目錄78

【參考文獻】

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中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號：577528