水轮发电机主轴螺栓联接的有限元分析-机电工程.PDFVIP

第31卷第2期 机 电 工 程 Vol. 31 No. 2 2014年2月 JournalofMechanicalElectricalEngineering Feb. 2014 DOI：10.3969/j.issn.1001-4551.2014.02.008 水轮发电机主轴螺栓联接的有限元分析 * 彭 惠，石端伟 ，汪勇波，程术潇 （武汉大学 动力与机械学院，湖北 武汉 430072） 摘要：针对“某水轮发电机主轴螺栓联接仅采用传统的安全系数法设计，得出的水轮发电机主轴无垫片螺栓联接的最大应力为 72.0 MPa，可靠性不高”的问题，运用ANSYS软件，建立了由精细结构和一般结构组成的主轴螺栓联接有限元模型，精细结构为对称 的1/12螺栓联接结构；一般结构只模拟上/下法兰，不包含螺栓，用来传递主轴的扭转力矩；两部分之间运用约束方程联接；采用了 TARGE170/CONTA174单元模拟螺栓与法兰轴接触，PREST179单元模拟螺栓预紧。计算了在额定工作状态下，有/无14.5 mm垫片 的主轴螺栓联接结构应力分布。研究结果表明，有/无14.5 mm垫片两种主轴螺栓联接结构均满足强度要求；无垫片结构的螺栓最大 应力为92.6 MPa，比由安全系数法得到的结果大28.61%；有垫片结构的各部件应力增大4.10%~8.55%，螺栓最大应力为96.4 MPa，比 无垫片结构增大4.10%。 关键词：水轮发电机主轴；螺栓联接；有限元法；ANSYS 中图分类号：TH243；TH133.2；TH122 文献标志码：A 文章编号：1001-4551（2014）02-0169-04 Finiteelementanalysisofboltedconnectionofhydro-generatorshaft PENGHui，SHIDuan-wei，WANGYong-bo，CHENGShu-xiao （SchoolofPowerandMechanicalEngineering，WuhanUniversity，Wuhan430072，China） Abstract：Aimingattheproblemthatthelowreliabilityoftheresultthatthemaximumstressofboltedconnectionwithoutgasketsis 72.0 MPa，whichisobtainedbythetraditionalsafetyfactormethodappliedtodesigntheboltedconnectionofthehydro-generatorshaft，a nonlinearfiniteelementmodeloftheboltedconnectionofthehydro-generatorshaftwasbuiltbyANSYS，whichcomposedofthefine structureandthegeneralstructure.Bothpartswereconnectedwithconstraintequations.Thefinestructurewasasymmetrical 1/12bolt coupling structure. The general structure，not including the bolts，only simulated the up/down flange which transmitted the torsional momentoftheshaft.ElementsofTARGE170/CONTA174 andPREST179 wereusedtosimulatethebolt-flangecontactandthebolts preloadrespectively.Thestressdistributionoftheboltedconnectionstructureofthemainshaftundertheratedw