基于ABAQUS的离心式压缩机转子接触应力分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

现代离心式压缩机中已大量采用过盈配合叶轮，转子依靠摩擦力来传递扭矩。过盈配合会使叶轮内孑L处产生径向和切向应力，其大蝎直接影响叶轮的性能。过盈量越小，内孔处的应力越小，叶轮不发生破坏的可靠度越大，但是，在转子高速旋转的作用下，离心力会使转子与轴发生松动，产生较大的振动。过盈量越大，叶轮内孔装配应力也相应变大，装配时可能使叶轮内孑L产生塑性变形或开裂 I。因此加大过盈量以适应设计工况需求与减小过盈量以适应工艺工装方面需求的矛盾凸显出来，成为叶轮部装结构分析设计中的主要难点问题。ABAQUS具有很好的模拟性能，其使用 Newton-Raphson法来求解从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题 。以某压缩机闭式叶轮部装结构为研究对象，针对过盈量为 0.5mm、0.6ram、0.7mm、0.8ram分别进行理论计算、静态分析以及动态分析，找出其最佳过盈量的范围。这将有助于离心式压缩机的设计和加工工艺的改进，对于提高压缩机工作性能具有重要意义。

2叶轮过盈量理论分析2.1接触应力的理论计算理论上普遍采用基于弹性力学理论的简化方法计算过盈配合应力。这种算法把叶轮和转轴分别简化成二维的等厚度空心和实心圆盘，把轮轴的装配过程简化为平面应力问题，两盘分别受内压和外压作用，用弹性力学公式求出接触挤压应力的近似解。

平面轴对称问题在极坐标下的平衡方程为： o )如图 1、图2所示，叶轮和转轴套装前需维持半径过盈值Ar-R 某值，套装后几何关系为：R (2)ArR -R 《 (3)图 1叶轮和转轴过盈配合示意图Fig.1 Impeller and Shah Interference Fit Schematic Diagram来稿日期：2012-07-Ol基金项目：国家重点基础研究发展计(973计划)(201ICB013400)；大连理工大学基本科研业务项 目(DUT12JN11)作者简介：孙清超，(1979-)，男，博士，讲师，主要研究方向：机械设计与制造孙清超等：基于ABAQUS的离心式压缩机转子接触应力分析 第5期图2叶轮和转轴装配压力示意图Fig.2 Impeller and Shaft Assembly Pressure Diagram叶轮与转轴过盈套装后，盘孑L受挤压 ，其应力为P ，转轴也受挤压，其应力为P ，如图2所示。此时p ，它们都将不同程度的波及到叶轮或转轴的不同半径的圆柱面上。当转子静止时，叶轮无外部载荷且只受内部载荷作用，同样转轴也作为无内部载荷，仅受外部载荷的实心圆盘看待，即边界条件为：对于叶轮：(dr ) ，( ) 0 (4)对于转轴： )～-p ，(O"r) -0 (5)且 0，由式(1)、(2)、(3)、(4)和式(5)联立解得：对于叶轮：orr： ( -1 1Pl llR。- R R： - - ( - I- JR -R 、R对于转轴 ：(6)o - - (7)O'OierJ式中： ， -叶轮内表面、转轴外表面的径向和切向应力 ；o- -负值，表明叶轮周向受拉，径向受压，而转轴周向和径向都受乐，当RR 时，由式(6)可得：orr- D -- -÷R -R对于转轴：(8)： ( ) (9)： ( ) (10)式中：E杜， ， 厂叶轮和轴盘材料的弹性模量和泊松比。

由式(3)、(7)、(8)、(9)和式(10)联立解得：㈦磐 - 1 p---- -- 式 (1 1)是当叶轮和转轴的结构及材料己定，其接触压力P和半径过盈值 Ar之间的关系～式(11)代入式(6)中就可以求出2.2离心力对接触应力的减小效应研究表明，在高速旋转状态下。当主轴高速旋转时，主轴配合面处的径向位移 .r d/2)要小于转子配合面处的径向位移 (F2d/2)，从而使有效过盈量减少，影响扭矩的传递。高速主轴过盈配合的设计，不仅要考虑传递扭矩的要求，而