图3-23 打击杆1/2轴截面模型1—绿色虚线 2—红色虚线结构优化后，轴销的有限元模型如图3-24所示。图3-24 结构优化后轴销的有限元模型轴销结构优化后，合分闸过程中其应力应变最大的前10个节点信息如图3-25所示，可见16242号节点在0.0272s时刻，受到的最大冲击应力为645.79MPa，材料的最大应变为0.004。图3-27 结构优化后，轴销的寿命分布云图a）A3钢 b）调质45钢 c）调质40Cr图3-28 结构优化前后的轴销寿命对比......
2023-06-15
轴销寿命分析：优化方法探究
【摘要】：图3-16 轴销寿命分布云图a）A3钢 b）调质45钢 c）调质40Cr由图3-16可见：1）轴销中间凸台部分的两侧寿命较短，是其薄弱环节，该结果与ADAMS软件的应力应变计算结果相符。2）轴销14698号节点的疲劳寿命最短，当选用材料为A3钢时，其疲劳寿命仅有4020次；当选用材料为调质45钢时，其疲劳寿命约为14000次，相比预期10000次机械寿命裕量较小；当选用材料为调质40Cr时，其疲劳寿命约为23000次，可以满足机械寿命10000次的要求，但是需要较高的材料成本。
通过仿真分析轴销为柔性体时框架断路器的合分闸过程，可以得到合分闸过程中，轴销的受力情况。图3-14列出了合分闸过程中轴销的10个应力应变最大的节点信息，其中14642号节点在0.0272s时刻受力最大，为793.638MPa，材料的最大应变为0.0049。
框架断路器闭合与分断过程中，t=0.0272s时刻，轴销的应力应变分布云图以及14642号节点的应力应变时间历程曲线如图3-15所示。可见：断路器闭合与分断过程中轴销均受到冲击应力的作用，闭合过程比分断过程中的冲击应力大、作用时间长。
图3-14 合分闸过程中轴销应力应变最大的前10个节点信息
a）应力 b）应变
图3-15 轴销的应力应变分布云图与14642号节点的应力应变时间历程曲线
a）应力分布云图与14642号节点的应力时间历程曲线 b）应变分布云图与14642号节点的应变时间历程曲线
轴销中间凸台部分的两侧存在应力集中现象，这是由于该处的径向尺寸突变，应力集中系数较大，实际应力远大于名义应力引起的。
将框架断路器闭合与分断过程中轴销的载荷谱导入nCode疲劳分析软件，并计算其应变疲劳寿命分布，如图3-16所示。
图3-16 轴销寿命分布云图
a）A3钢 b）调质45钢 c）调质40Cr
由图3-16可见：
1）轴销中间凸台部分的两侧寿命较短，是其薄弱环节，该结果与ADAMS软件的应力应变计算结果相符。
2）轴销14698号节点的疲劳寿命最短，当选用材料为A3钢时，其疲劳寿命仅有4020次；当选用材料为调质45钢时，其疲劳寿命约为14000次，相比预期10000次机械寿命裕量较小；当选用材料为调质40Cr时，其疲劳寿命约为23000次，可以满足机械寿命10000次的要求，但是需要较高的材料成本。
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