程明輝　夏重　張曉洪　陳鵬　史超
（西華大學機械工程與自動化學院，四川成都　610039）

　　摘　要：針對某企業起動機轉子軸發生斷裂的現象，通過傳統理論分析和SolidWorks中的Simulation有限元分析軟件的靜應力分析，均發現轉子軸滿足使用要求，理論分析與軟件分析結果一致。通過實驗測得實際數據，Z終提出斷裂是由于過載引起的。

　　關鍵詞：轉子軸；理論分析；Simulation；過載
　　引言
　　轉子軸是起動機的重要部件，如果發生斷裂不僅裝拆不方便，而且更換成本也較大。針對某企業起動機轉子軸在正常使用情況下突然發生斷裂的現象，通過傳統理論分析和Solid Works中的Simulation有限元分析軟件的靜應力分析，發現轉子軸滿足正常的使用要求。通過實驗測得實際工作載荷，Z終找到斷裂的原因。

　　1.失效分析
　　某企業轉子軸使用的材料為20CrMnTi，要求整體滲碳淬火：HRC48-55，轉子軸的額定壽命是20000轉，實際工作13000轉，斷裂時沒有達到使用壽命。實際斷裂如圖1，斷裂位置發生在花鍵軸過渡圓角處。初步判斷是過渡圓角應力集中導致的。

　　1.1傳統理論分析
　　20CrMnTi材料熱處理后的Z大的抗拉強度是1436Mpa，屈服強度是960Mpa。根據起動電機起動特性曲線，取Z大扭矩T=3.4N/m²，轉速為1500r/min，對轉子軸進行理論計算，求出Z大工況的應力。經過計算發現花鍵軸過渡圓角處是Z大危險截面。

　　Z大危險截面的應力是Mpa，遠遠小于材料的屈服極限960Mpa，滿足正常的使用要求^[1]-[3]。
　　1.2有限元軟件靜應力分析
　　利用Solid Works中的Simulation有限元分析軟件進行靜應力分析。選擇材料為20CrMnTi，彈性模量為210Gpa，泊松比為0.27。對轉子軸進行適當的簡化，約束轉子軸的支撐位置，并施加相應的作用力和扭矩^[4]，對轉子軸自動劃分網格，然后求解如圖2。轉子軸的Z大應力是114.24Mpa，應力值明顯低于材料的屈服極限960Mpa，滿足正常的使用要求。

　　2.斷裂位置分析
　　通過理論分析和有限元分析軟件靜應力分析發現花鍵軸過渡圓角部位應力Z大，容易發生斷裂。從實際斷裂位置可以發現，轉子軸的應力Z大處與實際斷裂位置相吻合。實驗測得轉子軸工作時的負載是44.889KN，Z大危險截面的應力是1014.12Mpa，大于材料的屈服極限960Mpa?？梢缘贸鲛D子軸在過載情況下連續工作。

　　3.結束語
　　根據某企業轉子軸失效的具體實例，利用Solid Works中的Simulation有限元分析軟件進行靜應力分析，發現和傳統的分析結果基本一致，為傳統的設計提供了參考依據。在設計轉子軸時，可以將傳統設計和Solid Works軟件相結合，提高設計效率。在設計過程中要注意應力集中的部位，避免在過載情況下運行，提高轉子軸的壽命。

　　參考文獻：
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　　作者簡介：程明輝（1987-），河南洛陽人，在讀研究生，主要方向：數字化設計。

來源：《中國機械》2015年第7期