電機軸伸出問題的幾率很小,只是在電機修理廠偶爾會遇見斷軸的情況。Ms.參非常清楚軸伸何等重要,卻也不曾想軸伸或軸伸鍵強度會出現問題,覺得地球人都知道的標準電機軸伸結構,幾何尺寸標準限死、材質歷經好幾十年從未改變,沒必要花功夫研究。哪知凡事有這么個規律:料想不可能而忽略、心中始終有些忐忑的問題,總是會“碰巧”出現。這不,專門從事電機售后服務的朋友小H找Ms.參,咨詢為什么最近有個別規格的電機軸伸老出問題。
Ms.參的直覺意識到:軸伸問題既然發生了,這不是小事,可能是設計環節有重要元素疏忽了。Ms.參先打問清楚具體情況:軸伸鍵受損、鍵槽變形;個別軸伸齊根斷掉。接下來,開始對照標準軸伸尺寸、核實額定功率。果不其然,軸伸易出問題的電機安裝尺寸非標、功率輸出有1.2倍服務系數要求。
事實上,類似滿足特定用戶專用設備的非標安裝尺寸的情況愈來愈普遍。許多技術實力雄厚的電機配套戶為搶占市場,一方面竭力壓縮設備外形尺寸、一方面想方設法大幅提升設備潛能,帶動了體積小、性能強的高功率密度電機的需求。然而,設計電機的性能雖實現了這一目標,卻高估了電機軸的機械特性,未進行嚴密的強度計算。
軸類零件設計很有講究,涉及多方面問題。第一,材質的選取和所選材料特性的研究;第二,確定安全系數;第三,強度計算。任一設計因素的忽略,都會招致致命后果。Ms.參結合朋友小H的案例,簡要談談電機軸伸強度校核計算。
材質特性:
電機軸和軸伸鍵通常為45鋼,常溫、靜載和一般工作條件下的許用應力為186MPa。
在拉伸和壓縮時(常溫、靜載)的機械性質具體為:屈服極限353 MPa,強度極限597 MPa,塑型性質:延伸率16%、斷面收縮率40%。
因延伸率大于5%,45鋼屬于塑性材料。按碳的質量百分數,含碳0.45%(介于0.25%和0.60%之間),為中碳鋼;按鋼的質量(含硫≤0.040%,含磷≤0.040%),為優質碳素鋼。
安全系數:
安全系數與很多因素有關。過大的安全系數,會浪費材料;太小的安全系數,則可能使構件不安全。一般應考慮以下幾方面:
(1)載荷估計的準確性;
(2)簡化過程和計算方法的精確性;
(3)材料的均勻性;
(4)構建的重要性;
(5)零件工作條件、減輕自重和其他因素等。一般構件取值為:塑性材料按屈服極限規定為1.5~2.0; 脆性材料按強度極限規定為2.0~5.0。以上許用應力為186MPa,表明安全系數為353/186=1.9。
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