汽轮发电机联轴器有限元分析计算

 　联轴器是机械传动中一种常用轴系部件，在发电机运行中起着传递运动和扭矩的作用，如果在联轴器和轴上有沟槽，并且联轴器和轴是紧配合，联轴器和轴上这些几何形状不连续和紧配合所产生的接触应力，在联轴器和轴上引起较名义应力大得多的局部应力，因此必须对联轴器和轴进行强度校核。某汽轮发电机联轴器结构采用过盈和周向均布圆锥键的联结型式，根据非线性接触理论，采用有限元分析方法，对联轴器在扭矩作用下，根据联轴器运行工况对其进行静强度分析。最后计算得出联轴器与轴配合的紧量值，联轴器、联轴器、轴和圆键的应力分布情况，同时进行强度考核，结果证明联轴器的设计符合强度要求。 

　　2、机组主要设计参数 
　　额定转速 3000转/分 
　　额定扭矩 5.7E8N.mm 
　　最大两相短路扭矩 3.9E9N.mm 
　　轴材料屈服极限 σs1=750MPa 
　　联轴器材料屈服极限 σS2=1000MPa 
　　圆键材料屈服极限 σS3=1000MPa 
　　3、联轴器与轴配合紧量计算 
　　设联轴器和轴的分离转速为nf=4800转/分。 
　　在分离转速下，轴和联轴器的径向的变形分布见图3-1，联轴器与轴配合处的半径方向变形范围为0.114mm～0.272mm。轴与联轴器配合处的半径方向变形范围为0.139mm～0.157mm。考虑到加工误差和应力的影响，轴和联轴器半径方向上配合紧量范围为0.15mm～0.23mm。 
　　4、有限元分析计算 
　　联轴器结构和载荷具有载荷周期对称的特点，取联轴器结构的1/n建立有限元模型。联轴器、圆键和轴采用接触方式，在1/n之一边界处施加周期对称约束。在联轴器的法兰外圈上加扭矩，并对整个模型施加3000转/分的转速。联轴器的强度计算考核额定运行和两相短路两种工况 
　　4.1额定工况有限元分析结果 
　　额定工况下计算结果，联轴器最大综合应力为503MPa，应力分布见图4-1；轴最大剪应力为33MPa，应力分布见图4-2；圆键最大剪应力为29MPa，应力分布见图4-3。 
　　4.2两相短路工况有限元分析结果 
　　两相短路工况下计算结果，联轴器最大综合应力为758MPa，应力分布见图4-4；轴最大剪应力为351MPa，应力分布见图4-5；圆键最大剪应力为87MPa，应力分布见图4-6。 
　　5、结论 
　　1）在分离转速4800转/分下，轴和联轴器直径方向配合紧量范围为0.3mm～0.46mm。 
　　2）在轴和联轴器直径配合紧量为0.46mm时，轴、圆键和联轴器各工况下的应力和安全系数见下表5-1。 
　　综上所述，额定工况，联轴器、轴和圆键的安全系数均大于许用安全系数1.5，满足强度要求；两相短路工况，联轴器、轴和圆键的安全系数均大于许用安全系数1.0，满足强度要求。