旋轉(zhuǎn)電機圓柱形軸伸文摘

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(xiàn)問題，覺得地球人都知道的標(biāo)準(zhǔn)電機軸伸結(jié)構(gòu)，幾何尺寸標(biāo)準(zhǔn)限死、材質(zhì)歷經(jīng)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(guī)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(xiàn)。這不，專門從事電機售后服務(wù)的朋友小H找Ms.參，咨詢?yōu)槭裁醋罱袀€別規(guī)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(fā)生了，這不是小事，可能是設(shè)計環(huán)節(jié)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)、功率輸出有1.2倍服務(wù)系數(shù)要求。

事實上，類似滿足特定用戶專用設(shè)備的非標(biāo)安裝尺寸的情況愈來愈普遍。許多技術(shù)實力雄厚的電機配套戶為搶占市場份額，一方面竭力壓縮設(shè)備外形尺寸、一方面想方設(shè)法大幅提升設(shè)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(shè)計電機的性能雖非常完美地實現(xiàn)了這一目標(biāo)，卻高估了電機軸的機械特性，未進行嚴(yán)密的強度計算。

軸類零件設(shè)計很有講究，涉及多方面問題。第一，材質(zhì)的選取和所選材料特性的研究；第二，確定安全系數(shù)；第三，強度計算。任一設(shè)計因素的忽略，都會招致致命后果。Ms.參結(jié)合朋友小H的案例，簡要談?wù)勲姍C軸伸強度校核計算。

材質(zhì)和所選材料特性

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(yīng)力為186MPa。

在拉伸和壓縮時(常溫、靜載)的機械性質(zhì)具體為：屈服極限353 MPa，強度極限597 MPa，塑型性質(zhì)：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(zhì)量百分?jǐn)?shù)，含碳0.45%（介于0.25%和0.60%之間），為中碳鋼；按鋼的質(zhì)量（含硫≤0.040％，含磷≤0.040％)，為優(yōu)質(zhì)碳素鋼。

安全系數(shù)

安全系數(shù)與很多因素有關(guān)。過大的安全系數(shù)，會浪費材料；太小的安全系數(shù)，則可能使構(gòu)件不安全。一般應(yīng)考慮以下幾方面：

（1）載荷估計的準(zhǔn)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(gòu)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(gòu)件取值為：塑性材料按屈服極限規(guī)定為1.5～2.0; 脆性材料按強度極限規(guī)定為2.0～5.0。以上許用應(yīng)力為186MPa，表明安全系數(shù)為353/186=1.9。

電機軸伸強度校核計算

許用應(yīng)力確定

軸和軸伸鍵為45鋼，許用應(yīng)力（拉伸和壓縮）[σ]=186MPa。許用剪應(yīng)力 [τ]=(0.6～0.8)×[σ]=112MPa, 許用擠壓應(yīng)力 [σjy] =(1.7～2.0)×[σ]=316MPa。

強度校核計算步驟

1 電機額定數(shù)據(jù)：功率P，轉(zhuǎn)速n，服務(wù)系數(shù)SF。

2 軸伸和軸伸鍵參數(shù)為：軸徑d,鍵寬b，鍵高h，鍵長l。

3 軸截面積F=πd2/4。

4 扭矩M=P×SF/Ω,其中Ω=2πn/60。

5 軸的抗扭截面系數(shù)W=πd3/16。

6 軸伸強度條件：τ= M/W <= [τ]

7 軸伸鍵槽及軸伸鍵強度條件：σjy = 2M/d/Fjy<=[σjy]，式中Fjy = l×h/2。