高压涡轮轴安装边倒角低应力设计方法.pdf

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1、造、装⋯王见芋簧I●2口年’第3期’,~lanclatz．1nzaogongy~~uangbei高压涡轮轴安装边倒角低应力设计方法黄嵩(南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016)摘要：航空发动机涡轮鼓筒轴承受着复杂的外载荷，在涡轮轴的安装边倒角处会产生应力集中，影响涡轮轴的整体寿命和性能。本文研究在扭矩、轴向力、离心力以及热应力4个栽荷作用下涡轮轴安装边附近倒圆角的应力场分布，设计了单圆弧倒角方案、双圆弧倒角方案，并运用ANSYSWorkbench软件对双圆弧设计方案进行优化。通过比较三种结

2、构的应力场分布，得到涡轮轴安装边倒角的低应力设计方案。本文得到的最优双圆弧设计方案相比单圆弧设计方案，倒角处的最大等效应力降低了13．97％。关键词：涡轮轴圆角双圆弧设计优化设计应力中图分类号：V232．2文献标识码：A文章编号：1002—6886(2014)03—0013—04AlowstressdesignmethodonchamferofinstallationedgeofhighpressureturbineshaftHUANGSongAbstract：Theturbineshaftofaero

3、—enginebearscomplexexternalload，whichproducesstressconcentrationontheinstal—lationedgechamfer，thusinfluencestheservicelifeandperformanceoftheturbineshaft．Thispaperstudiesthefilletstressfielddistributionneartheinstallationedgeunderfourtypesofloadinginclud

4、ingtorque，axialforce，centrifugalforceandthermalstress．Basedontheresult，asinglecirculararcchamferingschemeandadoublecirculararCchamferingschemearedesigned，andoptimizationiscarriedonthedoublearcschemeusingANSYSWorkbenchsoftware．Bycomparingstressfielddistri

5、butionofthethreekindsofstructures，alowstressdesignschemeforinstallationedgechamferofturbineshaftisworkedout．Theoptimaldesignofdoublecirculararcinthispaperreducesmaximumequivalentstressofthechamferby13．97％comparedwithsinglearedesignscheme．Keywords：turbine

6、shaft；fillet；doublecirculararcdesign；optimizationdesign；stress了很多要求，又由于航空发动机对重量有严格的要O引言●求，轴的应力水平一般很高。在轴的安装边附近容航空发动机是飞机的“心脏”_1J，其内部温度高，转易产生应力集中，甚至使达到塑性状态，影响涡轮轴速高，压力大，使用寿命长，构件的机械负荷和热负荷的整体寿命和性能。涡轮鼓筒轴结构设计的好坏直大，其研究和发展工作技术难度大、耗资多、周期长，是接影响涡轮能否正常工作，以及发动机的整体性能。一个

7、世界公认的、复杂的多学科综合陛系统工程J。本文通过双圆弧倒圆角设计，有效降低高压涡涡轮是航空发动机的重要组成部件之一。它的轮鼓筒轴安装边倒圆角处的应力水平，提升了涡轮功能主要是将燃气的动能与热能转换成旋转的机械鼓筒轴及相关结构的设计水平，为涡轮鼓筒轴及相功，带动压气机等其他部件。涡轮轴是航空发动机关结构的多学科优化设计及低应力设计提供理论和传递扭矩的主要部件，工作条件较为恶劣，它承受着技术支持。极复杂的外载荷，有扭矩、弯矩、轴向力、横向力和振1高压涡轮轴安装边倒角应力分析动扭矩等载荷。一般情况下，主要考

8、虑扭矩、弯矩、轴向力和振动扭矩等载荷J。1．1涡轮轴所受载荷分析这些复杂的载荷都对涡轮鼓筒轴结构设计提出涡轮轴承受着极复杂的外载荷，有扭矩、弯矩、·13·砌^WJ

9、l搬您lZm翻go、ngyt芋~u装ang争Detl-2年’第3期其中，or：涡轮轴倒圆角处的最大等效应力；构设计方案比较简单，实际应用非常广泛，但构件在⋯：涡轮轴倒圆角处的最大轴向应力；or：涡轮单圆弧倒角处会有明显的应力集中。轴倒圆角处的最大径向应力；or岫：涡轮轴倒圆角2．