牽引電機鐵心拉桿應力測試淺析

王海龍

（中車永濟電機有限公司，山西 永濟044502）

在電機制造領域, 鐵心測試是一種重要的品質保證措施,它可以預估電機的可靠性和后續的運行維護成本。一直以來電機制造的一些重要工藝參數主要靠言傳身教,口口相傳。知其然不知其所以然,導致產品質量頻發且難究其因。制造技術正向設計能有效地解決此類問題,保證產品質量。通過定子鐵心拉桿應變測試,再現拉桿受力情況,從而評估定子鐵心品質及拉桿的安全性,發現制造過程中對拉桿受力的主要影響因素。在此基礎上對定子鐵心制造工藝進行優化改進,達到提高電機鐵心品質,優化電機制造工藝的作用。

1 測試方案設計

1.1 測試原理

在制造過程中定子鐵心拉桿通過標定緊固力矩的定力矩扳手緊固,拉桿因受力發生軸向長度變化,即具有一定的伸長量。

根據胡克定律知材料在彈性變形階段, 其應力和應變成正比例關系。通常對彈性體施加一個外界作用力,彈性體會發生形狀的改變,俗稱形變。對一根細桿施加一個拉力F,其拉力除以桿的截面積S,即為線應力。桿的伸長量△L 除以原長L,即為線應變。

L——有效長度(單位:mm)。

1.2 拉桿應力應變測試方案

拉桿應變數據通過在拉桿本體貼附電阻應變片測試的方式獲得。電阻應變片的測試原理是將應變片貼在被測定物上,使其隨著被測定物的應變一起伸縮, 同時里面的金屬箔材就隨著應變伸長或縮短。應變片就是應用這個原理,通過測量電阻的變化而對應變進行測定。一般應變片的敏感柵使用的是銅鉻合金,其電阻變化率為常數,與應變成正比例關系。

應變片計算公式[1]:

式中ΔR——電阻變化值(單位:Ω)。

R——電阻值(單位:Ω)。

K——比例常數(單位:無量綱)。

ε——應變(單位:比值、無量綱)。

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

拉桿主要關注其所受拉力載荷及應力應變分布狀況。主應力已知,考慮到拉桿自身特點及加載情況,我們利用應變片測試時采用半橋接法。一個應變片為主應變測量(軸向應變),另一個為補償應變片,其敏感柵方向與拉桿軸向垂直。

2 實驗測試

2.1 測試方法

采用應變電測的方法,在拉桿母體上半橋法連接兩個應變片,利用應變儀采集應變數據,根據應力- 應變關系得到應力值。

2.2 測試步驟

2.2.1 貼片

將測試鐵心8 根拉桿分別貼片,見圖1 所示。

2.2.2 標定

定性標定:相同拉桿,安裝兩組應變片,采用扭矩扳手緊固的方式,同時測量兩只應變片的曲線,見圖2 所示,在緊固的過程中,兩只應變片的數據變化趨勢一致。

圖1 貼片

圖2 應變片貼片標定

定量標定:對測試件施加不同標準拉力值,記錄應變片對應應變值。根據多次標準拉力- 應變值生成模擬曲線作為標定曲線。標準拉力值測試越多,標定曲線越準確。

2.2.3 現場測試

在預緊力一定的情況下, 分別對圖紙設計扭矩40±4 N·m進行扭矩值邊界條件驗證,為特殊過程提供邊界確認依據。現場測試見圖3 所示。

圖3 現場測試

3 實驗數據分析

3.1 試驗數據匯總

預緊力一定的情況下, 分別對圖紙設計扭矩40±4 N·m 邊界值進行測試, 測試數據見表1。表中F 為預緊力,M為緊固力矩,F+M為預緊力與緊固力矩同時作用于定子鐵心。

表1 不同拉桿扭矩下鐵心應變測量數據匯總表

3.2 數據分析

根據表1 測試數據利用折線圖進行分析,見圖4。

3.2.1 在預緊力一定的情況下,隨著拉桿扭矩的增大,其應力也隨之增大。

3.2.2 被測拉桿為10.9 級高強度螺釘,其公稱屈服強度1000X0.9=900MPa 應力值均小于拉桿公稱屈服強度。

3.2.3 數據的離散度與鐵心配件質量、測試精度有關,比如沖片沖裁質量導致的沖裁毛刺不均勻等。

圖4 測試數據折線圖

4 結論

本次測試的是裸定子鐵心拉桿應變,通過測試可以驗證執行目前的工藝參數不會造成靜態下拉桿拉力過大的情況。同時為拉桿扭矩值邊界條件驗證提供了數據支撐。