电机轴的失效分析和优化设计(有全套图纸）.doc

有全套图纸 QQ1074765680摘 要电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。三相交流异步电动机转子转动的原理，当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力F，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。本文通过对电机轴化学成分、宏观、微观及力学性能等方面的一系列实验，分析出该轴的断裂原因，在此基础上，利用PRO/E软件对电机轴进行了较全面的有限元分析及优化设计，不但验证了实验分析的正确性，而且提出了合理的改进方案。关键词 失效分析，断裂，有限元，PRO/E，电机轴目 录前 言.1第1章 失效分析.311 失效（分析）的概念.31.2 失效（分析）的发展.31.3 失效分析的目的.41.4 失效（断裂）分析的方法.51.5 失效分析的思路.61.6 失效分析的程序.7第 2 章 电动机输出轴的断裂分析.102.1 宏观分析.102.2性能检查.112.3 电机轴的性能检查.11第 3 章 输出轴的有限元分析及优化设计.153.1 PRO/E建模.153.2 ANSYS分析.173.3电机轴的优化设计.19 结束语.22附录1 参考文献.23前 言随着科技的突非猛进系统和设备日益复杂，功能不断提高，机械零件的不可靠和不安全因素增多，导致故障的原因也增多，因而对故障的分析研究工作亦越来越受到世界各国的关注。工业的发展、技术的进步正是人们不断与产品失效做斗争的结果，这在航空和航天事业的发展史中表现尤为突出。因为即使航天飞机这么先进的运载工具也可能发生故障，如美国的价值12亿美元的“挑战者”号航天飞机，在1986年1月28号第11次升空时突然爆炸，使7名宇航员遇难，优化设计等方面的研究得出以下结论：1结论（1） 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。（2）选材中采用35CrMo（30CrMo整体调质）代替了设计中的30CrMo材料，使轴根部在采用30CrMo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一。虽然35Cr Mo（30Cr Mo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。（3） 轴结构上由于有一道半径约为1MM槽的存在使该位置变成了危险截面，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。（4）利用ANSYS有限元分析软件对轴的结构进行改进，在轴端连接处用R25的圆弧光滑过渡，结果表明，应力的最大值由原来的57.5MPa变化到24.4MP，应力集中在优化后减小了接近58%。此值与理论值21.2兆帕相差不大，结果可信，符合工况要求。结束语毕业设计是我第一次系统的、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一次综合考试。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，在工作中学习，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一笔重要财富。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1 参考文献1 张栋.失效分析M. 北京:国防工业出版社2 孟昭蓉. 2000年世界航空安全形势回顾.专题报道3 张峥.失效分析程序J.理化检验-物理分册4 张栋.机械失效的实用分析北京:国防工业出版社5 Yueda.Analysis of tjermal elastic-plastic stress and strain during weldingJ.Trans.Japan Welding Soc,1971.2 (2 ):90-946 尹柏生.有限元分析系统的发展现状与展望EB/OL 7 张洪信.有限元基础理论与ANSYS应用M.机械工业出版社8 土大伦,赵德寅,郑伯芳.轴及紧固件的失效分析M.机械工业出版社9 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J.机械研究与应用10 张栋.机械失效的实用分析 北京:国防工业出版社11 J.A.Collins.Fai1ure of Materials in Mechanical Des ign-Analysis Prediction Prevetion.John Wiley & Sons. 1981:11512 美国金属学会.金属手册第八版 机械工业出版社 13 刘民治.钟明勋.失效分析的思路与诊断机械工业出版社14 张栋.机械失效的痕迹分析国防工业出版社15 郑文龙.金属构件断裂分析与防护上海科技出版社16 郭秀文，栗复信.金相技术问答国防工业出版社1