压缩机主轴残余应力及高温摩擦系数研究

发布时间：2017-07-07 23:16

  本文关键词：压缩机主轴残余应力及高温摩擦系数研究

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【摘要】：大型压缩机广泛应用于石油化工、冶金、空气分离、制药以及国防科研等各个领域,是国家基础工业的关键装备之一,但压缩机转子在热装配后的产生主轴弯曲易导致在压缩机运行过程中出现较大的振动,直接影响到压缩机稳定运行、使用寿命等,严重时甚至直接导致产品报废。主轴残余应力和表面摩擦系数对主轴装配后的弯曲变形有重要影响,但相关的研究报道相对匮乏,本文针对这两个问题开展了的数值模拟和实验研究。在残余应力测试方面,考虑到压缩机主轴为柱状体,其表面为曲面,而现有残余应力测试方法或标准主要针对表面为平面的试件,因此论文通过实验和有限元模拟相结合的方法对盲孔法在柱状体的适用范围和应变释放系数A、B进行了研究。首先以去应力退火后的40NiCrMo7’(主轴材料)平板试件为对象,通过实验标定得到A=-0.28222με/MPa； B=-0.61412με/MPa。然后通过有限元软件ABAQUS对这两个系数值进行了数值模拟,发现若不考虑材料的应变硬化现象,与实验结果有较大误差,当考虑应变硬化现象后,得到结果与实验值吻合较好,相对误差在3%以内,验证了有限元模拟的可行性。在此基础上利用ABAQUS计算了圆柱型试样的A、B值,发现随着圆柱体半径的增大,其与平板试样A、B值的相对误差会减小。具体为当圆柱体的半径大于15.00mmm时,其相对误差在3.9%左右,因此认为半径大于15.00mm以上的圆柱体可采用平板试样标定得到的值进行盲孔法残余应力测量。最后论文以某实际压缩机的主轴为对象,测量得到了其A、B值为-0.2858με/MPa和-0.60588με/MPa,而其残余应力值约为74～118MPa。论文随后以主轴材料40NiCrMo7(?)口叶轮常用材料FV520B的摩擦性能为研究目标,首先设计并加工制造了一套高温摩擦系数测试装置,利用该装置测试了温度和表面粗糙度对这两种材料的摩擦系数影响。研究表明,随着温度的增加,摩擦系数呈非线性增加趋势。在温度达到热装配时的初始温度时(约300℃),主轴材料的粗糙度较小时,摩擦系数值随着叶轮材料粗糙度的增加而增加,但当主轴材料的粗糙度较大时,摩擦系数值随着叶轮材料粗糙度的增加而降低。在300℃时,其摩擦系数值偏大,在0.5-0.7之间。上述研究结果在一定程度上填补了相关实验数据的空白,可为企业解决热装配过程中主轴弯曲问题提供重要参数,同时也可为其它诸如过盈量设计、运行时压缩机振动问题的解决提供了实验数据支持。
【关键词】：残余应力 盲孔法 高温摩擦系数 压缩机主轴
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 残余应力测试概述11-16
• 1.2.1 残余应力测试方法11-12
• 1.2.2 主轴残余应力测试12-13
• 1.2.3 盲孔法国内外研究现状13-16
• 1.3 摩擦系数相关研究16-17
• 1.4 本文主要研究内容17-18
• 2 平板应变释放系数标定18-35
• 2.1 盲孔法测试残余应力原理18-23
• 2.2 平板应变释放系数实验标定23-32
• 2.2.1 应变释放系数标定理论23-24
• 2.2.2 实验设备24-26
• 2.2.3 实验步骤26-30
• 2.2.4 标定实验结果30-32
• 2.3 平板有限元法应变释放系数标定32-33
• 2.3.1 有限元计算模型及网格划分32-33
• 2.3.2 加工硬化修正33
• 2.4 本章小结33-35
• 3 主轴残余应力测试35-42
• 3.1 圆柱应变释放系数有限元计算35-37
• 3.2 曲面块应变释放系数标定37-39
• 3.2.1 曲面块应变释放系数有限元计算37-38
• 3.2.2 曲面块应变释放系数标定38-39
• 3.3 压缩机主轴残余应力测试39-40
• 3.4 本章小结40-42
• 4 高温摩擦系数实验42-55
• 4.1 摩擦定义及分类42
• 4.2 实验相关原理42-44
• 4.2.1 摩擦学原理42-43
• 4.2.2 摩擦系数的影响因素43-44
• 4.3 高温摩擦系数实验方案44-48
• 4.3.1 摩擦实验方案44-46
• 4.3.2 传感器与静态应变仪标定46-47
• 4.3.3 粗糙度测试47-48
• 4.4 高温摩擦实验测试过程48-50
• 4.5 高温摩擦实验结果及讨论50-53
• 4.6 本章小结53-55
• 结论55-56
• 参考文献56-61
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况61-62
• 致谢62-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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5 王家勇;;用中心钻孔公式计算残余应力时偏心钻孔造成的误差分析[J];哈尔滨科学技术大学学报;1986年01期

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本文编号：532238