一種角磨機轉子軸疲勞壽命及可靠性研究

李光尚，劉乾坤

（ 長安大學，陜西 西安 710064 ）

0 引言

角向磨光機簡稱角磨機，具有攜帶方便、輕巧靈活等特點，廣泛應用于機械制造、采礦、建筑、橋梁、房屋裝飾等行業中。本文基于疲勞損傷理論，采用有限元法研究了角磨機轉子軸在動載荷工況下的應力分布規律、疲勞壽命及損傷、疲勞可靠性，以及在模態基礎上進行諧響應分析，確定轉子軸易發生疲勞破壞的截面、各截面的疲勞壽命和安全性，以及諧響應引起疲勞影響的共振狀況。

1 靜強度

1.1 受力分析

設轉子軸額定轉速為8 500 r/min，額定功率為2 200 W，其實際工作時轉速為4 000 r/min～4 600 r/min，其結構見圖1。

圖1 轉子軸結構

圖1中所示的截面從1～6分別為軸承支撐截面、軸承固定端面、軸徑過渡圓弧、軸承支撐面、防塵圈左側、齒輪軸向固定端面。研究轉子軸的疲勞壽命主要考慮其在正常工作時的受力分布和扭矩大小。轉子軸工作時主要受徑向力、軸向力、周向力和扭矩作用。徑向力、軸向力和扭矩對轉子軸產生疲勞損傷，其受力分布和扭矩作用的力學模型如圖2所示。

圖2 轉子軸受力模型

1.2 有限元模型建立和網格劃分

由于轉子軸結構復雜以及考慮倒角及圓角對分析結果的影響，因此采用Creo建立有限元分析模型，確保與實際生產圖紙結構尺寸相一致。

將三維模型導入ANSYS Workbench中的Geometry中，進行網格劃分。網格劃分質量的好壞對有限元法分析結果的真實性有較大影響。一般而言網格劃分越密集、節點數越多，運算結果就越接近實際值。但是網格密集度和節點數達到一定程度后，計算精度基本不會有明顯的差別，同時網格密集度和節點數越大，計算機需要計算的時間就越長?！?br>