电机转子计算书

一 轴的挠度及临界转速 强度 刚度计算书 一 轴的挠度及临界转速计算 1 转子重量 G 38000Kg 2 有效铁心长度 L 109cm 3 转子外径 D 288 6cm 4 转轴的简化图形如图 1 所示 图 1 转轴简化图形 5 单边平均气隙 0 22cm 6 轴在 b 点的挠度系数 轴段 di cm ji cm4 xi cm xi3 cm3 xi3 xi 13 cm3 xi3 xi 13 ji cm 1 112 5 11985 5166 375166 3750 139 214 0 188615 53723 8753557 51 886 315 6 290747 5107171 87510344835 586 417 7 481892 5791453 125684281 25142 026 a b kab 179 637 112 5 11985 5166 375166 3750 139 214 0 188615 53723 8753557 51 886 315 6 290753 5153130 375149406 553 395 417 7 481898 5955671 625802541 25166 571 c b Kbc 222 191 bb 6 26 22 2 2 1 2 2 1017 1 1 4311023 8 24 1 1791 8252 3 EL KLKL cbab 7 磁拉力刚度 k0 cmKg BDL s 73257 7000 5160 7 0 1096 2883 7000 3 22 8 初始单边磁拉力 P0 k0 e0 73257 0 1 0 7 5153Kg 9 由重量 G 引起在 b 点的挠度 f1 G bb 2200 16 8 10 6 0 03696cm 10 单边磁拉力引起轴在 b 点的挠度 f2 f0 1 m 0 0237 1 0 086 0 0055 式中 f0 P0 G f1 1412 2200 0 03696 0 0237 m f0 e0 0 0237 0 022 1 0773 e0 0 1 0 1 0 22 0 022 11 轴在 b 点的总挠度 f f1 f2 0 02688 0 0055 0 0495 12 挠度占气隙的百分数 f 0 0495 0 7 100 7 1 13 许用挠度 f 8 7 1 因此轴的挠度满足要求 14 转轴临界转速 nkp 200min 912044 0 086 0 1 200 1 1 rfm nkp nN nN 912 200 200 356 30 因此轴的临界转速满足要求 二 轴的疲劳强度的安全系数计算 轴的疲劳强度按轴上长期作用的最大变载荷进行计算 对同步电动 机来说可按 3 倍的额定转矩来计算 轴的疲劳强度校核主要是长期受载 荷作时危险截面的安全系数校核 具体计算如下 1 轴系受力分布图 轴系受力可按集中载荷考虑 受力如下图所示 其中 G 38000Kg 按 转子整个重量计算 单边磁拉力 P0 5153Kg P0 G 43153Kg 按受力及弯矩关系得 RA RB 43153 RA 2091 RB 2520 计算得 RA 23584Kg RB 19569Kg 额定转矩 TN 9550 P n 9550 6400 200 305600N m 3 倍额定转矩 3TN 916800 N m 轴的疲劳强度安全系数校核计算公式如下 具体参数代表的含义见下面 说明 弯曲应力安全系数 S a s ma K 1 1 扭转应力安全系数 S b s ma K 1 1 弯扭合成安全系数 S c 22 SS SS 2 参数选取 1 材料性能由表 15 1 材料的拉伸强度极限 B 1080MPa 材料 的拉伸屈服强度 S 930MPa 材料的弯曲疲劳极限 1 543MPa 材料 扭转疲劳极限 1 314MPa 取材料的扭转屈服强度 S 0 585 S 0 585 930 544MPa 2 尺寸系数 由轴径 d 150 500 查表 2 8 得 0 6 0 6 3 表面质量系数 因轴未作任何强化处理 由粗糙度 查 表 2 10 得 0 96 4 应力集中系数 a 由轴径D 680 B 1080MPa D d 680 580 1 17 r d 25 680 0 0367 由表 2 5 查得 K 1 96 K 1 43 b 由轴径d 470 B 1080MPa D d 580 470 1 23 r d 25 470 0 05 由表 2 5 查得 K 2 04 K 1 60 c 由轴径d 440 B 1080MPa D d 580 440 1 32 r d 25 580 0 043 由表 2 5 查 得 K 2 06 K 1 70 3 疲劳强度校核 按传动轴校核 含主要参数计算如下 弯矩 Mc 23584 X 10 抗弯截面模数 Z d3 32 抗扭截面模数 Zp 2Z 弯曲应力的应力幅 a Mc Z 平均应力幅 m 0 3 倍额定转矩时扭转应力的应力幅和平均应力幅 a m Td 2 Zp 参数计算结果见下表 Mc N m Z m3 Zp m3 a Mc Z MPa m MPa a m T 2X Zp MPa 3 倍 额定转矩时 680 4931410 0310 06215 907 40 440 2526360 0080 01615 6028 65 470 2438350 0100 02019 4022 92 对于以上截面的参数代入公式 a b c 得下面数据表 S S 3 倍额定转矩 时 S 3 倍额定转矩时 680 10 113 98 17 470 7 94 083 63 440 9 73 112 96 对于锻钢 S 1 3 1 5 各个台阶的安全系数最小为 2 96 均大于 1 5 因此轴的疲劳强度计算合格 三 轴的静强度校核 轴的静强度校核是计算轴的危险截面在短时最大载荷 包括冲击截荷 时的安全系数 所谓危险截面是受力较大截面积较小即静应力较大的截面 危险截面的安全系数的校核式为 S0 d 2 0 2 0 00 SS SS 式中 只考虑弯曲时的安全系数 0 S 只考虑扭矩时的安全系数 0 S e 0 S Z M s max f 0 S p Z T s max 式中 S 材料的拉伸屈服强度 S 材料的扭转屈服强度 Mmax Tmax 轴危险截面的最大弯矩和最大扭矩 Z Zp 轴危险截面的抗弯和抗扭截面模数 对于 42CrMo 不锈钢 S 930Mpa S 0 585 S 0 585 930 544MPa 受冲击载荷时转矩为 T mN n P x N N d 39 1519143 200 6400 9550 201166 0 1 9550 1 其它数据列表如下 M N m Z m3 Zp m3 680 4931410 0310 062 440 2526360 0080 016 470 2438350 0100 020 将以上数据代入公式 d e f 中得各截面安全系数列表如下 S0 S0 受冲击载荷 S 受冲击载荷时 680 58 522 220 8 440 29 42 862 8 470 38 13 583 6 查表得 42CrMo 不锈钢许用安全系数 S0 1 2 1 4 以上各危险截面在 受冲击载荷作用下最小安全系数为 2 8 均大于 1 4 因此轴的静强度计算合 格 四 轴的刚度计算 1 轴的扭转强度计算 1 额定转矩 TN 9550 P n 9550 6400 200 305600N m 2 轴系中轴伸端最小轴径为 470mm 由扭转应力公式 TN d3 16 16 305600 3 14 0 473 15MPa 15MPa 30MPa 所以扭转强度满足要求 2 轴的扭转刚度计算 1 额定转矩 TN 9550 P n 9550 6400 200 305600N m 2 轴系中轴伸端最小轴径为 470mm 由扭转刚度公式 m 018 0