强度计算书(双吸F式)

强度计算书
编制: 王建文 审核: 风机型号: XY6D-DW3150F 用户单位: 安哥拉
一. 主轴强度计算
1． 求主轴的临界转速:
主轴的临界转速用n c 表示， 传动方式为F 式的轴的临界转速则为：
n c =
l
m g
a l a d )
(5207752-
式中 d ------------计算直径(cm);
l -------------两支撑间的跨距(cm); l =510 cm ；
m ------------叶轮与轴的总质量(kg) m = 7600+6420=14020 kg ；
g -------------重力加速度(2s m ),281.9s m g =。

对于直径相同的轴，轴的直径即为计算直径d 。

对于是圆柱行节段的轴，它的计算直径为： d =
4
22
max 1d d d ++
式中 m a x d -----------轴的最粗直径（cm ）； max d = 58cm ；
1d 和2d ----------分别与max d 两端相邻段直径（cm ）。

1d = 56.5 cm
2d = 56.5 cm
节段轴计算直径，为： d =
4
22
max 1d d d ++=57.25cm
则临界转速为；
n c =l
m g
a l a d )
(5207752
-=1596r/min
临界转速与工作转速（n =935 r/min ）之比为： K=
n
n c
=1.725.1≥ 故可安全运行。

2. 求主轴最大的当量应力:
2.1 求主轴的扭矩n M : n M =n
P k
9549 N.m 式中
k P -------------主轴所传递功率(KW); k P =轴功率=2192KW; n --------------主轴的工作转速(r/min); n =935r/min; 则扭矩n M 为: n M =n
P k
9549=22386N.m
2.2 求支反力A R 和B R :
对于F 式传动,如下图,则:
L
L G G a L G G R A 2
4321)())((+--+=
A B R G G G G R -+++=4321
式中: 1G ------------------叶轮重量与其不平衡力之和; 1G =m n g ])2135
(
[2
+=64211N 2G ------------------两支撑间轴的重量; 2G =6834x9.81=67041 N
3G ------------------联轴器重量; 3G =600x9.81=5886 N
4G ------------------悬臂轴、带轮或联轴器端轴的重量；4G =766x9.81=7515 N
L----------------------两支撑间轴的跨距； L=5.1 m
a---------------------支撑点A 到叶轮重心的距离；a=2.55 m
L2---------------------支撑点B 到带轮重心的距离 L2=0.63 m
则： L
L G G a L G G R A 2
4321)())((+--+=
=63970N
A B R G G G G R -+++=4321=80682N
2.3求最大弯矩
a R M A C ==163132Nm
243)(L G G M B +==8442Nm
故最大弯矩为C M
2.4求复合应力 32
2m a x 1.0d M M n
M a x +=
σ d -----安装叶轮处的轴径（m ） d =0.58m
3
2
2
m a x 1.0d M M n
M a x +=
σ=8.4×6
10 Pa
轴的材质为35CrMo ，则许用应力为][n σ=70x 6
10 Pa 由于][n Max σσ<，故安全。

5. 主轴键的强度校核 键45×280 1.剪应力
)(2DbL Mn =τ
其中：
D-------轴径 （m ） b--------键宽度 （m ）
L--------键实际工作长度 （m ）
)(2DbL Mn =τ=2×22386/（0.2×0.045×0.28）=30.8×106 N/m 2
< [τ]=100×106 N/m 2
2.挤压应力
)(2DkL Mn =τ
其中：
k----------键与轮毂的接触高度，平衡可近似取键高的1/2 )(2DkL Mn =τ=2×22386/（0.2×0.0125×0.28）=111×
106 N/m 2 < [τ]=125×106 N/m 2
故采用单键.
二. 叶轮强度计算:
1. 直板叶片的强度计算
叶片的最大弯曲应力为：
()δσ292.02
max e
CL =
式中 转速935r/min
C --------为补助计算系数；208.86n C = c = 75253288
δ ---叶片的厚度（m ）；δ=0.020 m
e ---叶轮中心至叶片工作面的垂直距离（m ）； (叶轮进口（叶片）、中心、 出口的e 相同)
e =0.795 m C R ---叶片的重心所在半径（m ）； C R =1.194 m
l -----------叶片的平均宽度（m ）； l =0.406 m
叶片进口（鼻子） l =0.517 m 、 叶片进口（叶片） l =0.481 m 、
叶片中心 l =0.406 m 、 叶片出口 l =0.301 m
ϕ---------叶片离心力方向与叶片平面的夹角（°）；
叶轮进口（鼻子） ϕ=61°、叶轮进口（叶片） ϕ=52°、叶轮中心 ϕ=43°、叶轮出口 ϕ=30°
则：无副前盘
叶片进口（鼻子）
()δσ292.02
max e CL ==240MPa <[s σ]=345MPa(材料为15MnV)
叶片进口（叶片）
()δσ292.02
max e CL ==318MPa <[s σ]=345MPa(材料为15MnV)
叶片中心
()δσ292.02
max e CL ==227MPa <[s σ]=345MPa(材料为15MnV)
叶片出口
()δσ292.02
max e CL ==125MPa <[s σ]=345MPa(材料为15MnV)
故安全。

叶片的刚度校核
对直板叶片，忽略耐磨板或耐磨鼻等有利于叶片刚性的因素，刚度计算为：
2
32s i n δ
ϕ
L Rn k ≤0.01
式中： k ----计算系数，k =1.30591110-⨯ L ----计算半径处叶片的宽度（m ） R ----计算半径处半径（m ）；
叶片进口(鼻子)R =0.891m 、叶片进口(叶片)R =0.955m 、叶片中心R =1.194m 、
叶片出口R =1.575m
则：叶片进口（鼻子） l =0.517 m 、 叶片进口（叶片） l =0.481 m 、
叶片中心 l =0.406 m 、 叶片出口 l =0.301 m
ϕ---------叶片离心力方向与叶片平面的夹角（°）； 叶轮进
口（鼻子） ϕ=61°、叶轮进口（叶片） ϕ=52°、叶轮中心 ϕ=43°、叶轮出口 ϕ=30°
进口（鼻子）
2
32sin δ
ϕ
L Rn k
=0.0013≤0.01
进口（叶片）
2
32sin δ
ϕ
L Rn k
=0.002≤0.01
中心
2
32sin δ
ϕ
L Rn k
=0.002≤0.01
出口
2
32sin δϕ
L Rn k
=0.0006≤0.01
故叶片刚度符合要求。

2. 叶轮前盘的强度计算
2.1 将前盘简化为等厚盘，因本身离心力而在内孔产生的最大切应力为：
])(
212.01[64762
2
12
21D D U t +=σ （Pa ） 式中： 2U ---------前盘圆周速度（m/s ）；60
22n
D U π=
（m/s ）； 2U =158 m/s
2D ---------前盘最大直径（m ）； 2D =3.229 m 1D ---------前盘内孔直径（m ）； 1D =1.655m n ----------旋转速度（r/min ）； n = 935 r/min 则：
])(212.01[647622
12
21D D U t +=σ=171MPa
2.2 叶片离心力在前盘内孔产生的附加切应力为：
f
t t P P Z K
πσσ1
2= （Pa ） 式中： P ---------单个叶片的离心力，21ωc R m P =（N ）； P =665096N
1m =58Kg
ω---叶轮旋转角速度（rad/s ）
； ω=30
n
π=98rad/s
Z ----------叶片数（对双吸风机，Z 取单侧叶片数）（个）； Z =11 个
K ---------分配系数，对前盘K =0.5；
f P ---------半前盘的离心力，)(6543
1322D D P f -=δωN ；
δ----为前盘厚度（m ）； δ=0.016m
ω----为前盘旋转角速度（rad/s ）；
则： )(6543
13
22D D P f -=δω=2927847 N 则：
f
t t P P Z K
πσσ12==68Mpa
2.3 在前盘和叶片离心力共同作用下，在前盘内孔的最大切应力为：
21m a x t t σσσ+==239 MPa 〈[s σ]=345MPa （15MnV ）
故前盘用15MnV 安全。

3. 叶轮后盘/中盘的强度计算
4.1 将后盘/中盘简化为等厚盘，因本身离心力而在内孔产生的最大切
应力为：
])(
212.01[64762,
2
,12
,2,
1D D U t +=σ （Pa ）
式中： ,
2U -----后盘/中盘圆周速度（m/s ）；60
,2,
2n
D U π=
（m/s ）； ,
2U =158m/s
,
2D ------后盘/中盘最大直径（m ）； ,
2D =3.229m ,
1D --------后盘/中盘内孔直径（m ）； ,
1D =1.32 m ,
3D ---------内孔直径（m ）； ,
3D =0.58m
n ----------旋转速度（r/min ）； n = 935r/min
则：
])(212.01[64762,2
,
32
,2,1
D D
U t +=σ=163Mpa
4.2 叶片离心力在前盘内孔产生的附加切应力为：
][,
,
,,,
,
,
1,2f
f
t t P ZK P P PZK ππσσ-
= （Pa ）
式中： P ---------单个叶片的离心力，21ωc R m P =（N ）； P =665096N
Z ----------叶片数（对双吸风机，Z 取单侧叶片数）（个）； Z =11 个
,
K ---------分配系数，对中盘K =2.0；
,,K --------分配系数，由于为非锯齿中盘，故,K =0；
,
f P ---------半后盘/中盘的离心力，因为是无焊接幅板的后盘/中盘，故
)(654)(6543
,33,12
,23
,1
3
,22,1,
,
,
D D D D P f -+-=ωδωδ
,1δ----为后盘/中盘厚度（m ）
； ,
1δ=0.030 m
,2δ----为轮毂厚度（m ） ,2δ=0.08 m
,ω----为后盘/中盘旋转角速度（rad/s ）； ,ω=98 rad/s 则： ,
f P =6968152N 则：
,
,
1,
2f
t t P P Z K
πσσ==109Mpa
4.3在后盘/中盘和叶片离心力共同作用下，在后盘/前盘内孔的最大切应力为：
,
2,
1,
m a x t t σσσ+==272 MPa 〈[s σ]=390MPa （15MnV ）
故中盘用15MnV 安全。

安哥拉
XY6D-DW3150F
强
度
计
算
书
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11。