3.3.2  轴销的结构优化

3.3.2 轴销的结构优化

在框架断路器实际产品中原轴销的1/2轴截面的轮廓如图3-23中绿色虚线1所示，结构优化后的轮廓如图中红色虚线2所示，可见原轴销的中间凸台部分向两侧延伸。

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。与原轴销模型相同，优化后的轴销通过H、I点与打击杆建立拉簧约束，通过J、K点与下连杆旋转，通过L点与跳扣固定。图中的深色区域表示了刚性连接点与接触面上节点之间的刚性连接区域。

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3-25 结构优化后的轴销在合分闸过程中应力应变最大的前10个节点信息

a）应力 b）应变(https://www.daowen.com)

结构优化后，轴销的应力应变分布云图（t=0.0272s时刻）以及16242号节点的应力应变时间历程曲线如图3-26所示，可见：断路器闭合与分断过程中，轴销受到的冲击应力减小，应力集中现象明显减弱。

图3-26 结构优化后，轴销的应力应变分布云图与16242号节点的应力应变时间历程曲线

a）应力分布云图与16242号节点的应力时间历程曲线 b）应变分布云图与16242号节点的应变时间历程曲线

结构优化后轴销的寿命分布云图如图3-27所示，可见：结构优化后的轴销中间凸台部分的寿命较短，依然是其薄弱环节，但是其疲劳寿命已经明显提高，如当结构优化后的轴销选用材料A3钢时，最短寿命节点16297号节点的疲劳寿命约为16510次，可以满足10000次机械寿命的要求。

结构优化前后，轴销的疲劳寿命对比如图3-28所示，可见结构优化后轴销的疲劳寿命显著提高。材料选用A3钢、调质45钢和调质40Cr均可以满足10000次机械寿命的要求。

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