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=
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
1198
2
1886
3
2907
103448
4
4818
∑
kab=
c-b
1
1198
2
1886
3
2907
4
4818
∑
Kbc=
5.单边平均气隙:
δ=
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==73257××=5153Kg
9.由重量G引起在b点的挠度:
f1=Gαbb=2200××10-6=
10.单边磁拉力引起轴在b点的挠度:
f2=f0(1-m)==
式中:
f0=[P0/G]f1=[1412/2200]×=
m=f0/e0==e0=δ=×=
11.轴在b点的总挠度f=f1+f2=+=
12.挠度占气隙的百分数f′=×100%=%
13.许用挠度[f]=8%>%,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)、轴的疲劳强度的安全系数计算:
轴的疲劳强度按轴上长期作用的最大变载荷进行计算,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安全系数校核,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=
3倍额定转矩3TN=916800
轴的疲劳强度安全系数校核计算公式如下:
(具体参数代表的含义见下面说明)
弯曲应力安全系数:
Sσ=
(a)
扭转应力安全系数:
Sτ=
(b)
弯扭合成安全系数:
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=×σS=×930=544MPa。
(2)、尺寸系数:
由轴径d>150-500,查表2-8得:
εσ=,ετ=。
(3)、表面质量系数:
因轴未作任何强化处理,由粗糙度,查表2-10得β=。
(4)、应力集中系数
a.由轴径D=φ680,σB=1080MPa,D/d=680/580=,r/d=25/680=,由表2-5查得Kσ=,Kτ=。
b.由轴径d=φ470,σB=1080MPa,D/d=580/470=,r/d=25/470=,由表2-5查得,Kσ=,Kτ=。
c.由轴径d=φ440,σB=1080MPa,D/d=580/440=,r/d=25/580=,由表2-5查得,Kσ=,Kτ=。
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()
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
(φ440)
252636
0
(φ470)
243835
0
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)
(φ470)
(φ440)
对于锻钢[S]=-,各个台阶的安全系数最小为均大于,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)时的安全系数,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。
危险截面的安全系数的校核式为:
S0=
(d)
式中:
―只考虑弯曲时的安全系数
―只考虑扭矩时的安全系数
=
(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=×σS=×930=544MPa,
受冲击载荷时转矩为:
T=
其它数据列表如下:
M()
Z(m3)
Zp(m3)
(φ680)
493141
(φ440)
252636
(φ470)
243835
将以上数据代入公式(d)、(e)、(f)中得各截面安全系数列表如下:
S0σ
S0τ(受冲击载荷)
S(受冲击载荷时)
(φ680)
(φ440)
(φ470)
查表得42CrMo不锈钢许用安全系数[S0]=-,以上各危险截面在受冲击载荷作用下最小安全系数为均大于,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=
(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/(×)=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=
(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=
在精密、稳定的传动中,许用扭转角[θ]=-(o/m),<[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.基本数据:
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=
00×6400/200=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.过速时作用力的确定:
(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=
=(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
=
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=
=(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(++),转子支架的公差为Ф680H7(+0),实际最小过盈量为>,所以转子支架与轴过盈量满足要求。
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