牽引電機(jī)鐵心拉桿應(yīng)力測(cè)試淺析

王海龍

（中車(chē)永濟(jì)電機(jī)有限公司，山西 永濟(jì)044502）

在電機(jī)制造領(lǐng)域, 鐵心測(cè)試是一種重要的品質(zhì)保證措施,它可以預(yù)估電機(jī)的可靠性和后續(xù)的運(yùn)行維護(hù)成本。一直以來(lái)電機(jī)制造的一些重要工藝參數(shù)主要靠言傳身教,口口相傳。知其然不知其所以然,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量頻發(fā)且難究其因。制造技術(shù)正向設(shè)計(jì)能有效地解決此類(lèi)問(wèn)題,保證產(chǎn)品質(zhì)量。通過(guò)定子鐵心拉桿應(yīng)變測(cè)試,再現(xiàn)拉桿受力情況,從而評(píng)估定子鐵心品質(zhì)及拉桿的安全性,發(fā)現(xiàn)制造過(guò)程中對(duì)拉桿受力的主要影響因素。在此基礎(chǔ)上對(duì)定子鐵心制造工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),達(dá)到提高電機(jī)鐵心品質(zhì),優(yōu)化電機(jī)制造工藝的作用。

1 測(cè)試方案設(shè)計(jì)

1.1 測(cè)試原理

在制造過(guò)程中定子鐵心拉桿通過(guò)標(biāo)定緊固力矩的定力矩扳手緊固,拉桿因受力發(fā)生軸向長(zhǎng)度變化,即具有一定的伸長(zhǎng)量。

根據(jù)胡克定律知材料在彈性變形階段, 其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系。通常對(duì)彈性體施加一個(gè)外界作用力,彈性體會(huì)發(fā)生形狀的改變,俗稱形變。對(duì)一根細(xì)桿施加一個(gè)拉力F,其拉力除以桿的截面積S,即為線應(yīng)力。桿的伸長(zhǎng)量△L 除以原長(zhǎng)L,即為線應(yīng)變。

L——有效長(zhǎng)度(單位:mm)。

1.2 拉桿應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試方案

拉桿應(yīng)變數(shù)據(jù)通過(guò)在拉桿本體貼附電阻應(yīng)變片測(cè)試的方式獲得。電阻應(yīng)變片的測(cè)試原理是將應(yīng)變片貼在被測(cè)定物上,使其隨著被測(cè)定物的應(yīng)變一起伸縮, 同時(shí)里面的金屬箔材就隨著應(yīng)變伸長(zhǎng)或縮短。應(yīng)變片就是應(yīng)用這個(gè)原理,通過(guò)測(cè)量電阻的變化而對(duì)應(yīng)變進(jìn)行測(cè)定。一般應(yīng)變片的敏感柵使用的是銅鉻合金,其電阻變化率為常數(shù),與應(yīng)變成正比例關(guān)系。

應(yīng)變片計(jì)算公式[1]:

式中ΔR——電阻變化值(單位:Ω)。

R——電阻值(單位:Ω)。

K——比例常數(shù)(單位:無(wú)量綱)。

ε——應(yīng)變(單位:比值、無(wú)量綱)。

在這里R 為應(yīng)變片原電阻值Ω(歐姆);ΔR 為伸長(zhǎng)或壓縮所引起的電阻變化Ω(歐姆);K 為比例常數(shù),不同的金屬材料有不同的比例常數(shù)K。常用材料銅鉻合金的K 值約為2。

拉桿主要關(guān)注其所受拉力載荷及應(yīng)力應(yīng)變分布狀況。主應(yīng)力已知,考慮到拉桿自身特點(diǎn)及加載情況,我們利用應(yīng)變片測(cè)試時(shí)采用半橋接法。一個(gè)應(yīng)變片為主應(yīng)變測(cè)量(軸向應(yīng)變),另一個(gè)為補(bǔ)償應(yīng)變片,其敏感柵方向與拉桿軸向垂直。

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

2.1 測(cè)試方法

采用應(yīng)變電測(cè)的方法,在拉桿母體上半橋法連接兩個(gè)應(yīng)變片,利用應(yīng)變儀采集應(yīng)變數(shù)據(jù),根據(jù)應(yīng)力- 應(yīng)變關(guān)系得到應(yīng)力值。

2.2 測(cè)試步驟

2.2.1 貼片

將測(cè)試鐵心8 根拉桿分別貼片,見(jiàn)圖1 所示。

2.2.2 標(biāo)定

定性標(biāo)定:相同拉桿,安裝兩組應(yīng)變片,采用扭矩扳手緊固的方式,同時(shí)測(cè)量?jī)芍粦?yīng)變片的曲線,見(jiàn)圖2 所示,在緊固的過(guò)程中,兩只應(yīng)變片的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)一致。

圖1 貼片

圖2 應(yīng)變片貼片標(biāo)定

定量標(biāo)定:對(duì)測(cè)試件施加不同標(biāo)準(zhǔn)拉力值,記錄應(yīng)變片對(duì)應(yīng)應(yīng)變值。根據(jù)多次標(biāo)準(zhǔn)拉力- 應(yīng)變值生成模擬曲線作為標(biāo)定曲線。標(biāo)準(zhǔn)拉力值測(cè)試越多,標(biāo)定曲線越準(zhǔn)確。

2.2.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

在預(yù)緊力一定的情況下, 分別對(duì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)扭矩40±4 N·m進(jìn)行扭矩值邊界條件驗(yàn)證,為特殊過(guò)程提供邊界確認(rèn)依據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試見(jiàn)圖3 所示。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

預(yù)緊力一定的情況下, 分別對(duì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)扭矩40±4 N·m 邊界值進(jìn)行測(cè)試, 測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。表中F 為預(yù)緊力,M為緊固力矩,F+M為預(yù)緊力與緊固力矩同時(shí)作用于定子鐵心。

表1 不同拉桿扭矩下鐵心應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)匯總表

3.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表1 測(cè)試數(shù)據(jù)利用折線圖進(jìn)行分析,見(jiàn)圖4。

3.2.1 在預(yù)緊力一定的情況下,隨著拉桿扭矩的增大,其應(yīng)力也隨之增大。

3.2.2 被測(cè)拉桿為10.9 級(jí)高強(qiáng)度螺釘,其公稱屈服強(qiáng)度1000X0.9=900MPa 應(yīng)力值均小于拉桿公稱屈服強(qiáng)度。

3.2.3 數(shù)據(jù)的離散度與鐵心配件質(zhì)量、測(cè)試精度有關(guān),比如沖片沖裁質(zhì)量導(dǎo)致的沖裁毛刺不均勻等。

圖4 測(cè)試數(shù)據(jù)折線圖

4 結(jié)論

本次測(cè)試的是裸定子鐵心拉桿應(yīng)變,通過(guò)測(cè)試可以驗(yàn)證執(zhí)行目前的工藝參數(shù)不會(huì)造成靜態(tài)下拉桿拉力過(guò)大的情況。同時(shí)為拉桿扭矩值邊界條件驗(yàn)證提供了數(shù)據(jù)支撐。