电机转子计算书.docx

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电机转子计算书

一．轴的挠度及临界转速、强度、刚度计算书

（一）、轴的挠度及临界转速计算

1.转子重量：

G＝38000Kg

2.有效铁心长度：

L＝109cm

3.转子外径：

D＝288.6cm

4.转轴的简化图形如图1所示

图1转轴简化图形

轴段

di

cm

ji

cm4

xi

cm

xi3

cm3

xi3-xi-13

cm3

（xi3-xi-13）/ji

cm-1

a-b

1

12.5

1198

5.5

166.375

166.375

0.139

2

14.0

1886

15.5

3723.875

3557.5

1.886

3

15.6

2907

47.5

107171.875

103448

35.586

4

17.7

4818

92.5

791453.125

684281.25

142.026

∑

kab=179.637

c-b

1

12.5

1198

5.5

166.375

166.375

0.139

2

14.0

1886

15.5

3723.875

3557.5

1.886

3

15.6

2907

53.5

153130.375

149406.5

53.395

4

17.7

4818

98.5

955671.625

802541.25

166.571

∑

Kbc=222.191

5.单边平均气隙：

δ＝0.22cm

6.轴在b点的挠度系数：

αbb=

7.磁拉力刚度

k0＝

8.初始单边磁拉力

P0＝k0.e0=73257×0.1×0.7=5153Kg

9.由重量G引起在b点的挠度：

f1=Gαbb=2200×16.8×10-6=0.03696cm

10.单边磁拉力引起轴在b点的挠度：

f2=f0（1-m）=0.0237（1-0.086）=0.0055

式中：

f0＝［P0/G］f1＝［1412／2200］×0.03696＝0.0237

m=f0/e0=0.0237/0.022=1.0773e0=0.1δ=0.1×0.22=0.022

11.轴在b点的总挠度f=f1+f2=0.02688+0.0055=0.0495

12.挠度占气隙的百分数f′=0.0495/0.7×100%=7.1%

13.许用挠度［f］=8%>7.1%,因此轴的挠度满足要求。

14.转轴临界转速：

nkp=200

（nkp-nN）/nN=（912-200）/200=356%>30%,因此轴的临界转速满足要求。

〔二〕、轴的疲劳强度的平安系数计算：

轴的疲劳强度按轴上长期作用的最大变载荷进展计算，对同步电动机来说可按3倍的额定转矩来计算，轴的疲劳强度校核主要是长期受载荷作时危险截面的平安系数校核，具体计算如下：

1、轴系受力分布图

轴系受力可按集中载荷考虑，受力如下列图所示，其中G＝38000Kg〔按转子整个重量计算〕,单边磁拉力P0=5153Kg,P0+G=43153Kg。

按受力及弯矩关系得：

RA＋RB＝43153RA×2091＝RB×2520计算得：

RA＝23584KgRB＝19569Kg

额定转矩TN＝9550×P／n＝9550×6400／200＝305600N.m

3倍额定转矩3TN＝916800N.m

轴的疲劳强度平安系数校核计算公式如下：

〔具体参数代表的含义见下面说明〕

弯曲应力平安系数：

Sσ＝

〔a〕

扭转应力平安系数：

Sτ＝

（b）

弯扭合成平安系数：

S＝

（c）

2、参数选取

〔1〕、材料性能由表15-1,材料的拉伸强度极限σB=1080MPa，材料的拉伸屈服强度σS=930MPa，材料的弯曲疲劳极限σ-1=543MPa，材料扭转疲劳极限τ-1=314MPa,取材料的扭转屈服强度τS=0.585×σS=0.585×930=544MPa。

〔2〕、尺寸系数：

由轴径d>150－500，查表2－8得：

εσ＝0.6，ετ＝0.6。

〔3〕、外表质量系数：

因轴未作任何强化处理，由粗糙度，查表2－10得β＝0.96。

〔4〕、应力集中系数

a.由轴径D=φ680,σB=1080MPa,D/d=680/580=1.17,r/d=25/680=0.0367,由表2-5查得Kσ＝1.96，Kτ＝1.43。

b.由轴径d=φ470,σB=1080MPa，D/d=580/470=1.23,r/d=25/470=0.05,由表2-5查得,Kσ＝2.04，Kτ＝1.60。

c.由轴径d=φ440,σB=1080MPa，D/d=580/440=1.32,r/d=25/580=0.043,由表2-5查得,Kσ＝2.06，Kτ＝1.70。

3、疲劳强度校核：

〔按传动轴校核〕〔含主要参数计算如下〕

弯矩Mc＝23584×X×10

抗弯截面模数:

Z＝πd3/32

抗扭截面模数：

Zp=2Z

弯曲应力的应力幅：

σa=Mc/Z

平均应力幅：

σm=0

3倍额定转矩时扭转应力的应力幅和平均应力幅:

τa=τm=Td/（2×Zp）

参数计算结果见下表：

Mc〔N.m〕

Z〔m3〕

Zp〔m3〕

σa＝Mc/Z（MPa）

σm

（MPa）

τa=τm＝T/〔2XZp〕（MPa）〔3倍额定转矩时〕

（φ680）

493141

0.031

0.062

15.9

0

7.40

（φ440）

252636

0.008

0.016

15.6

0

28.65

（φ470）

243835

0.010

0.020

19.4

0

22.92

对于以上截面的参数代入公式（a）、（b）、〔c〕得下面数据表：

Sσ

Sτ〔3倍额定转矩时〕

S〔3倍额定转矩时〕

（φ680）

10.1

13.9

8.17

（φ470）

7.9

4.08

3.63

（φ440）

9.7

3.11

2.96

对于锻钢［S］＝1.3－1.5，各个台阶的平安系数最小为2.96均大于1.5，因此轴的疲劳强度计算合格。

（三）、轴的静强度校核

轴的静强度校核是计算轴的危险截面在短时最大载荷〔包括冲击截荷〕时的平安系数，所谓危险截面是受力较大截面积较小即静应力较大的截面。

危险截面的平安系数的校核式为：

S0＝

〔d〕

式中：

―只考虑弯曲时的平安系数

―只考虑扭矩时的平安系数

＝

〔e〕

＝

〔f〕

式中：

σS―材料的拉伸屈服强度

τS―材料的扭转屈服强度

Mmax、Tmax―轴危险截面的最大弯矩和最大扭矩

Z、Zp―轴危险截面的抗弯和抗扭截面模数

对于42CrMo不锈钢，σS＝930Mpa，

τS=0.585×σS=0.585×930=544MPa，

受冲击载荷时转矩为：

T＝

其它数据列表如下：

M〔N.m〕

Z〔m3〕

Zp〔m3〕

（φ680）

493141

0.031

0.062

（φ440）

252636

0.008

0.016

（φ470）

243835

0.010

0.020

将以上数据代入公式〔d〕、（e）、〔f〕中得各截面平安系数列表如下：

S0σ

S0τ〔受冲击载荷〕

S〔受冲击载荷时〕

（φ680）

58.5

22.2

20.8

（φ440）

29.4

2.86

2.8

（φ470）

38.1

3.58

3.6

查表得42CrMo不锈钢许用平安系数[S0]=1.2－1.4,以上各危险截面在受冲击载荷作用下最小平安系数为2.8均大于1.4，因此轴的静强度计算合格。

〔四〕轴的刚度计算

1、轴的扭转强度计算

〔1〕额定转矩TN＝9550×P／n＝9550×6400／200＝305600N.m

〔2〕轴系中轴伸端最小轴径为φ470mm由扭转应力公式：

τ＝TN/（πd3/16）＝16×305600／〔3.14×0.473〕=15MPa

15MPa<[τ]=30MPa所以扭转强度满足要求。

2、轴的扭转刚度计算

〔1〕额定转矩TN＝9550×P／n＝9550×6400／200＝305600N.m

（2）轴系中轴伸端最小轴径为φ470mm由扭转刚度公式：

θ＝

〔º/m〕

式中G―材料的剪切弹性模量对于42CrMo锻钢G＝200×109N/m2

Ip―横截面对圆心的极惯性矩Ip＝

在精细、稳定的传动中，许用扭转角[θ]＝0.25－0.5（º／m）,0.0327<[θ],所以扭转刚度满足要求。

二．TAW6400－30／3250转子支架强度计算书

1.根本数据：

单位:

cm

（1）额定功率：

PN＝6400（kW）

（2）额定转速：

nN=200（rpm）

（3）过速：

np=240（rpm）

（4）过载倍数：

Kp＝3

（5）辐板上数目：

m=6

（6）弹性系数：

E＝1750000（Kg/cm2）

（7）铸钢材料屈服点：

σs=2700（Kg/cm2）

（8）额定转矩：

Mn＝97500

97500×6400/200=3120000（Kgcm）

（9）磁极数目：

2P=2×15=30

2.截面面积与重心直径：

（1）磁轭截面面积：

Fe＝

（cm2）

（2）轮毂截面面积：

Fg＝

（cm2）

（3）“辐条〞的截面积：

Ff＝

（cm2）

（4）轮毂重心直径：

Dg＝

〔cm〕

（5）磁轭重心直径：

Re＝

〔cm〕

（6）磁极重心半径：

Rj＝133〔cm〕

3.柔度：

〔1〕轮毂柔度：

λg=

〔2〕磁轭柔度：

λe=

〔3〕辐条柔度：

λf=

4.过速时作用力确实定：

（1）磁极重量Gj＝12600〔Kg〕

（2）磁轭重量：

Ge＝9141〔Kg〕

（3）磁极与磁轭的总离心力：

C＝

＝1769571.74〔Kg〕

（4）每个辐条的拉应力

P=

〔kg〕

（5）磁轭上的周向拉力：

（kg）

（6）磁轭上最大弯矩

=927705kg

5.过速时的应力：

（1）辐条的拉应力

σf=

（Kg/cm2）

（2）轮毂的拉应力：

σg=

（Kg/cm2）

（3）磁轭的最大应力

σe=

（Kg/cm2）

5.结论：

对于铸钢许用应力［

］＝1000Kg/cm2，以上计算均小于此值，所以满足要求。

三.TAW6400-30/3250转子支架与轴过盈量计算书

1.传递扭矩

M＝

2.传递负荷所需的最小结合压力：

Pfmin＝

＝17.5（N/mm2）

3.包容件直径比：

qa=

4.被包容件直径比：

包容件传递负荷所需的最小直径变化量：

eamin=

5.被包容件传递负荷所需的最小直径变化量:

emin=

6.传递负荷所需的最小有效过盈量：

7.考虑压平量的最小过盈量：

轴的公差为Ф680u6〔+0.79+0.74〕,转子支架的公差为Ф680H7（+0.080）,实际最小过盈量为0.68mm>0.21484,所以转子支架与轴过盈量满足要求。