[发明专利]一种减小主轴—叶轮装配应力和主轴弯曲变形的设计方法

摘要

本发明属于大型机械设备设计、制造与装配技术领域，提供一种减小主轴—叶轮装配应力和主轴弯曲变形的设计方法。在叶轮轮毂盘底一侧端面离主轴表面一定距离处设置环向沟槽结构，沟槽形状根据具体产品的技术指标、加工设备条件确定；并采用大型商用有限元软件ABAQUS分别计算五种不同形状截面的主轴弯曲变形、Mises应力、接触压力和最大可传递摩擦扭矩，选择与主轴—叶轮相匹配的最优环向沟槽形状及尺寸。本发明在不显著减小摩擦扭矩的前提下，可以有效减小主轴热装配时的弯曲变形，同时还能够大幅减小应力集中程度，为解决大型旋转机械的主轴—叶轮过盈装配弯曲变形问题和应力集中问题提供良好的解决方案。

主权项

1.一种减小主轴—叶轮装配应力和主轴弯曲变形的设计方法，其特征在于以下步骤：第一步，基于真实几何参数建立叶轮和主轴的有限元几何分析模型；第二步，根据实际装配条件设置不均匀对流换热系数，模拟不均匀降温情况，对原始设计的主轴—叶轮进行温差法过盈装配的有限元数值模拟，得到装配后主轴的弯曲变形量、接触压力、Mises应力和最大可传递摩擦扭矩；第三步，在原始叶轮轮毂盘底(3)一侧的端面上靠近主轴(5)表面2～10cm处设置环向沟槽结构(6)，环向沟槽结构(6)包括五种截面形状，具体形状及尺寸根据产品的技术指标、加工设备条件确定；并分别计算五种截面的主轴弯曲变形、Mises应力、接触压力和最大可传递摩擦扭矩；所述的五种环向沟槽(6)截面形状分别为：半圆形、长半轴椭圆形、短半轴椭圆形、矩形加半圆形、三角形，其中，三角形顶角处圆滑过渡；五种环向沟槽(6)相应参数的尺寸范围见表1，表1中，五种环向沟槽下端距主轴(5)表面的距离为a；半圆形环向沟槽的半径为r；长半轴椭圆形环向沟槽、短半轴椭圆形环向沟槽的长轴长为b，短轴长为c；矩形加半圆形环向沟槽中半圆形结构的半径为r，矩形结构长为d；三角形环向沟槽的斜边与盘底(3)的夹角为θ，盘底(3)上最大槽口长度为e，三角形环向沟槽的圆弧处与盘底(3)一侧端面的垂直距离为f；表1第四步，通过综合考虑弯曲变形、Mises应力、接触压力和最大可传递摩擦扭矩的影响，选择与主轴—叶轮相匹配的最优环向沟槽形状及尺寸。