电机轴的失效分析和优化设计(有全套图纸）.doc

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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.......................................................................3 1．1 失效（分析）的概念.................................................3 1.2 失效（分析）的发展..................................................3 1.3 失效分析的目的...........................................................4 1.4 失效（断裂）分析的方法..........................................5 1.5 失效分析的思路..............................................................6 1.6 失效分析的程序..............................................................7 第 2 章电动机输出轴的断裂分析.......................................10 2.1 宏观分析..........................................................................10 2.2性能检查...........................................................................11 2.3 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....................15 3.1 PRO/E建模.........................................................................15 3.2 ANSYS分析.........................................................................17 3.3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 welding[J].Trans.Japan Welding Soc,1971.2 (2 ):90-94 [6] 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. 1981:115 [12] 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 [17] 陈君才.《金属构件的失效分析》成都科技大学出版社 [18] 龚曙光.《ANSYS基础应用及范例解析》[M].机械工业出版社 [19] 龚曙光.《Ansys工程应用实例解析》[M].机械工业出版社 [20] 梁清香.《有限元与MARC实现》[M].机械工业出版社有全套图纸 QQ1074765680

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