西安交通大学：《化工机械强度与振动》课程教学资源（PPT课件讲稿）第一章 轮盘应力分析及强度设计（主讲：魏进家）

化工机械强度与振动 2)空心盘R≠0 O.=0 当R=R 0n=P0(3+)R2|2+ 2(1-)(R 3+1(R 当R=R po2(3+1) R +2 3+(R 空心轮盘的最大切应力在内径处,并随着糖孔度=R R 的增大而有所增大

化工机械强度与振动 2）空心盘 Ri  0 当 R = Ri ( ) ( ) 2 2 2 0 1 2 1 3 2 8 3 ri i ti a a R R R       =     −    = + +          +    当 R = Ra ( ) ( )                                + + − = + = 2 2 2 2 3 2 1 3 8 1 0 a i t a a r a R R R       空心轮盘的最大切应力在内径处，并随着搪孔度         = a i R R  的增大而有所增大

化工机械强度与振动 3)由式 po(+)2+R2- RaR R 0=0(3+AR+B+R21+3 3+H √RR d0=0解得 dr ET0 1O TS 10G 的位置为R=√RR 其应力为 图4b空心轮盘应力分布 nm=Q0(3+)R+R2-2RR] 6K√=P(3+)|R2+R2+2RR|1- 3+

化工机械强度与振动 ( ) ( )              + + = + + + −       = + + − − 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 1 3 3 8 1 3 8 1 R R R R R R R R R R R R a i t a i a i r a i         3）由式 令 d 0 d r R  = 解得  rmax 的位置为 R R R = a i 其应力为 ( ) ( ) 2 2 2 max 2 2 2 1 3 2 8 1 1 3 2 8 3 a i r a i a i a i a i tR R R R R R R R R R R         =  = + + −            − = + + +        +    图4b 空心轮盘应力分布

化工机械强度与振动 4)若R→>0,R≠0即盘心有微小小孔时的最大切向应力约为同样实心轮盘的 最大切向应力的2倍多并随搪孔度2/R增大而增大到+32) R +u 空心轮盘的切向应力要比轮盘外缘的切向应力大一些,并随搪孔度的增加而 不同程度的 2(1-)2(R +2 稍有增加。 3+H(R 5)当R≈R时,相当一薄圆环,其任意半径处的径向应力r≈0 切向应力为 1+3, PO(3+) Ra=pl 3+ R→R。与轴流压气杋大轮毂比的空心转鼓很接近,其切向应力将达到较大值, 因此从强度观点,空心转鼓式转子不易做高速运行,虽然它的质量轻,刚度大, 临界转速高

化工机械强度与振动 4）若 0, 0 R R i i →  即盘心有微小小孔时的最大切向应力约为同样实心轮盘的 最大切向应力的2倍多并随搪孔度         = a i R R  增大而增大到 2 1( ) 2 3     −   +   + 空心轮盘的切向应力要比轮盘外缘的切向应力大一些，并随搪孔度的增加而 不同程度的 2 1( ) 2 3 i a R R     −     +     +   稍有增加。 5）当 R R i a  时，相当一薄圆环，其任意半径处的径向应力 0  r  切向应力为 ( ) 1 1 3 2 2 2 3 3 8 3 t ta a a R u          +  = + − =     + R R i a → 与轴流压气机大轮毂比的空心转鼓很接近，其切向应力将达到较大值， 因此从强度观点，空心转鼓式转子不易做高速运行，虽然它的质量轻，刚度大， 临界转速高

化工机械强度与振动 (4)轮盘形状对应力的影响 1)径向尺寸随着R增大,轮盘应力σn或ao增大。在其他条件相同下,随着 尺增大,其应力σn增大,且σn>σno。如果等厚轮盘内孔处的材料满足了 强度要求,则其他部位的材料未能充分发挥其作用。为了挖掘潜力,出现了 变厚度轮盘。 2)轴向尺寸等厚度轮盘应力与其厚度无关,只有采用变厚度才能提高其 强度,如图所示:锥形盘、双曲线盘、等强度盘等,在其他条件相同情况下, 仅B>B而B=B",B">B" 截面质心R>R>R">R 轮盘质量m>m>m">m" 旋转产生离心力f>f>f">fm 引起应力 O>0.>O.>O 同时对轮盘往往采用较宽的轮毂部分, 图1-5轮盘轴向尺寸的影响分析 加强轮盘内孔周围的材料对外缘部分 a)等厚盘b)锥形盘c)双曲线盘d)等强度盘0)宽轮 的扣制作用

化工机械强度与振动 （4）轮盘形状对应力的影响 1）径向尺寸 随着 增大，轮盘应力   ti t 或 0 增大。在其他条件相同下，随着 Ri 增大，其应力 R a  ti 增大，且   ti t0 > 。如果等厚轮盘内孔处的材料满足了 强度要求，则其他部位的材料未能充分发挥其作用。为了挖掘潜力，出现了 变厚度轮盘。 2）轴向尺寸 等厚度轮盘应力与其厚度无关，只有采用变厚度才能提高其 强度，如图所示：锥形盘、双曲线盘、等强度盘等，在其他条件相同情况下， 仅 ' B B a a  而 ' '', '' ''' B B B B a a a a =  截面质心 ' '' ''' R R R R c c c c    轮盘质量 m m m m    ' '' ''' 旋转产生离心力 ' '' ''' c c c c f f f f    引起应力 ' '' '''     ti ti ti ti    同时对轮盘往往采用较宽的轮毂部分， 加强轮盘内孔周围的材料对外缘部分 的抑制作用

化工机械强度与振动 第二节实际轮盘的应力状态分析 1、承受自身质量引起的离心力, 2、有的轮盘在外缘处还受到叶片质量的离心力,称为外部载荷,通常由叶片 及叶根的计算求出。 3、叶轮套装在轴上 在内径处因为过盈 装配引起装配应力, 常称为内部载荷。 4、另外还可能存在 ,塔其 不均匀温度场引起 图 16套装叶轮的内部及外部载荷示意 的温差应力。 a)装配前b)装配后c)分解示意

化工机械强度与振动 第二节 实际轮盘的应力状态分析 1、承受自身质量引起的离心力， 2、有的轮盘在外缘处还受到叶片质量的离心力，称为外部载荷，通常由叶片 及叶根的计算求出。 3、叶轮套装在轴上， 在内径处因为过盈 装配引起装配应力， 常称为内部载荷。 4、另外还可能存在 不均匀温度场引起 的温差应力