YKS710-4电机转轴的可靠性分析.docVIP

2012 年 春 季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目 : 焊接结构可靠性评价与失效分析 学生所在院（系） : 材料科学与工程 学生所在学科 : 材料加工工程 学 生 姓 名 : 学 号 : 学 生 类 别 : 考核结果 阅卷人 YKS710-4电机转轴的可靠性分析 已知焊接接头符合部分焊透情况，角焊缝的有效厚度a＝10mmYKS710-4主要工作参数如表1所示。 表1 YKS710-4电机转轴的主要工作参数 电机类型 额定转矩 (N.mm) 最大转矩(N.mm) 过盈压力(MPa) 单边磁拉力 冲击转矩（冲 击时间2秒） 铁心长度(mm) YKS710-4 3800KW 2.44×107 5.04×107 两端680 中间150 2347.2sin156t 无 760 根据文献《机械设计手册第3卷》（徐灏主编，机械工业出版社，1991年）P20～57中角接头的应力计算公式，对于图1所示的T形对接接头，在弯曲、剪切并存的情况下，接头部位承受的最大弯曲应力和最大剪切应力应满足下面的计算公式： 对于部分焊透情况： 图1 T形对接接头 Mb：转矩；a：角焊缝的有效厚度；δ：板厚；l：焊缝承载长度； F：作用在板边的力。 对于角焊缝截面形状，工程上为了安全可靠和计算方便，常假定角焊缝是在平均切应力作用下断裂的。并假定其断裂面是在角焊缝截面的最小位置a处。对于YKS710-4电机转轴，角焊缝的有效厚度a＝10mm。角焊缝截面形状及其计算断面如图所示。 1.1单端均匀承载情况 对于电机转轴，筋板高度L=80mm，转轴半径r=120mm，焊缝承载长度l=345mm，角焊缝的有效厚度a＝10mm，由最大转矩为5.04×107N.mm。 1.2双端均匀承载情况 对于电机转轴，筋板高度L=80mm，转轴半径r=120mm，焊缝承载长度l=345+345=690mm，角焊缝的有效厚度a＝10mm。由于电机转轴的最大转矩为5.04×107N.mm， 2.焊接残余应力的计算 根据文献《焊接工程缺欠分析与对策》（陈伯蠡编著，机械工业出版社，1997）焊接残余应力的计算公式如下： 其中，—修正系数。对于Q235钢，=0.6。 所以， 。 对于带坡口的角焊缝，当板材较厚时，焊接丁字接头或角接头，可采用在板端开坡口和角焊缝同时并用的方法连接（如图所示），这种接头的抗拉强度取决于坡口深度p，焊角尺寸K和角度三个因素，它的计算截面厚度是以焊根到角焊缝表面的最短距离a（如图所示）。 研究结果表明，带坡口的角焊缝，当pK而且受拉力时，其接头强度极限可按下式计算： 当θ为任意值时， 式中 ：焊缝金属强度极限。 取为Q235钢的屈服极限（即=235MPa）对于YKS710-4电机转轴角焊缝，取 。 （2）取为Q235钢的强度极限（即=375MPa），对于YKS710-4电机转轴角焊缝，取。 4.焊接接头的强度校核 如果最大弯曲应力和焊接残余应力之和小于焊接接头强度极限，则结构静载强度合格。对于电机转轴， 单端均匀承载情况： =41.739MPa+141MPa=182.739MPa 双端均匀承载情况： =20.869MPa+141MPa=161.869MPa 因此 ，YKS710-4电机转轴承载两端存在裂纹情况下焊缝静载强度评估 5.1应力计算 平均一次应力：即电机转轴工作时所受到的外部应力 根据《电机转轴两端完好承载情况下焊缝的静载强度评估》报告的计算结果，对于YKS710-4(1000KW)已安装转子铁芯转轴，在单端均匀承载情况下，平均一次应力 焊接残余应力 式中系数根据参考文献《焊接工程缺欠分析与对策》陈伯蠡编著，机械工业出版社，1997.2P113表1A-6的规定，对于表面裂纹情况下填角焊缝裂纹，＝0.6。 (1)临界应力强度因子K1C的确定 根据中低强度钢的数据，在转变温度范围内求KIC和AKV可建立以下关系： 式中：K1C —以1b.in-3/2为单位；E—弹性模量，以1b.in-2为单位；AKV—以ft-lb为单位。根据试验的数据，的概率散度大约是±25%，对一定的弹性模量E，K1C 的概率散度大约是±12%。 对于该电机转轴角焊缝金属，