針對某企業(yè)起動機轉子軸發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，通過傳統(tǒng)理論分析和solidworks中的simulation有限元分析軟件的靜應力分析，均發(fā)現(xiàn)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，最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(fā)生斷裂不僅裝拆不方便，而且更換成本也較大。針對某企業(yè)起動機轉子軸在正常使用情況下突然發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，通過傳統(tǒng)理論分析和solid works中的simulation有限元分析軟件的靜應力分析，發(fā)現(xiàn)轉子軸滿足正常的使用要求。通過實驗測得實際工作載荷，最終找到斷裂的原因。
1.失效分析
某企業(yè)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(fā)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(tǒng)理論分析
20crmnti材料熱處理后的的抗拉強度是1436mpa，屈服強度是960mpa。根據起動電機起動特性曲線，取扭矩t=3.4n/m2，轉速為1500r/min，對轉子軸進行理論計算，求出工況的應力。經過計算發(fā)現(xiàn)花鍵軸過渡圓角處是危險截面。
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(fā)現(xiàn)花鍵軸過渡圓角部位應力，容易發(fā)生斷裂。從實際斷裂位置可以發(fā)現(xiàn)，轉子軸的應力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，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(xù)工作。
3.結束語
根據某企業(yè)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(fā)現(xiàn)和傳統(tǒng)的分析結果基本一致，為傳統(tǒng)的設計提供了參考依據。在設計轉子軸時，可以將傳統(tǒng)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。