基于ABAQUS的离心式压缩机转子接触应力分析

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1、第5期机械设计与制造2013年5月MachineryDesign&Manufacture基于ABAQUS的离心式压缩机转子接触应力分析孙清超，吴君良，钟星，倪诗翔(大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024)摘要：离心式压缩机叶轮一般采用过盈配合直接压装在叶轮轴上，通过一定的过盈量传递转矩。为了确定其最佳过盈量的范围及其与接触应力的关系，借助有限元软件ABAQUS，对某大型离心式压缩机叶轮与轴的过盈配合问题进行三维有限元分析，针对不同的过盈量进行了理论计算、静态分析以及动态分析，获得了过盈量与接触应力之间的关系，确定了其最佳过盈量的范围。这对于离心式压缩机的设计具有参考意义。关键词：

2、离心式压缩机；接触应力；过盈量；ABAQUS中图分类号：TH16；TH45文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)05—0025—04ContactStressofCentrifugalCompressorRotorBasedonABAQUSSUNQing-chao，WUJun-liang，ZHONGXing，NIShi-xiang(MechanicalEngineeringCollege，DalianUniversityofTechnology，LiaoningDalianl16024，China)Abstract：Centrifugalcompressorimpelle

3、risassembleddirectlyontheshusinginte咖rencefitcommonly，andtransmitstorquethroughthecertainamountofinterference．Inordertodeterminetherangeoftheoptimalinte咖renceandtherelationshipwithcontactstress，interencefitofcentrifugalcompressorWasanalyzedbasedonABAQUS，andthetheoreticalcalculation，staticanalysis

4、anddynamicanalysisoftheinfluenceofinterferencewerecarriedout．Therelationshipbetweeninterenceandcontact3tresswereacquiredandtherangeofoptimalinte咖refacewasdetermined．Theresuhshavesomereferencemeaningtocentrifugalcompressordesign．KeyWords：CentrifugalCompressor；ContactStress；Interference；ABAOusl引言合应

5、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，两盘分别受现代离心式压缩机中已大量采用过盈配合叶轮，转子依靠内压和外压作用，用弹性力学公式求出接触挤压应力的近似解。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平面轴对称问题在极坐标下的平衡方程为：力，其大小将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+=o【)下，离心力会使转子与轴发生松动，产生较大的振动。过盈量越如图1、图2所示，叶轮和转轴套装前需维持半径过盈值大，叶轮内孔装配应力也相应变大，装配时可能使叶轮内孑

6、L产生Ar=-R某值，套装后几何关系为：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R(2)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Ar=R-R《+(3)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

7、析2．1接触应力的理论计算图1叶轮和转轴过盈配合示意图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Fig．1ImpellerandShahInterferenceFitSchematicDiagram来稿日期：2012-07一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，(1979一)，男，博士，讲师，主要研究方向：机械设计