汽轮发电机联轴器有限元分析计算
【摘要】针对某汽轮发电机联轴器，采用过盈和周向均布圆锥键的联结结构，使之和轴共同旋转以传递扭矩。采用有限元分析软件ANSYS，采用Solid单元离散联轴器的结构，建立联轴器有限元仿真分析的实体模型，对模型施加适当的边界条件，分析计算得出联轴器与轴配合的紧量，联轴器、轴和圆键的最大综合应力，并对联轴器、轴和圆键进行强度考核，为联轴器的设计提供依据。
【关键词】汽轮发电机；联轴器；紧量；强度
1、引言
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ฏ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。
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ร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
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ถ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。
