基于ANSYS的高加速度旋转实验转子部件形状优化研究
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通 过 以上 实 验 可 知 ，将 转 子 质 量 向 回转 中心 集 中可 以起 到 明显 的优化 效 果 。
ｌ Ｉ ８ 化
根据１ ０ 组 实 验 结 果 获 得 的 应 力极 值 变 化 趋 势
如 图１ ６ 所示。
１ ． ２ 转子部件变厚度设计影响因素研究 在 确 定 转 子 部 件 的 质 量 向 回 转 中心 处 集 中是 个 可 行 的 优 化 方 向 的 基 础 上 ，进 一 步 讨 论 转 子
造 、 清 洁 能 源 、 生 物 工程 、 绿 色 物 流 等 诸 多 技 术
领 域 ， 以高 加 速 度 承载 实验 为例 ，其 基 本 实 验 原
理如图ｌ 所 示 。转 子 部件 作 为 核心 部 件 在运 行 中起 着 举 足 轻 重 的作 用 ， 因此 对 其 在 高 加 速 度 加 载 条
的优 势 ，在 超 高 稳 态加 速 度 条 件 下 ，进 行 转 子 部 件 的形 状 优化 研究 。
为 优 化 的对 比基 础 。在ＡＮＳ ＹＳ 环 境 对 常 规 等厚 度
■
图１ 高加速度旋 转实验系统原理简图及仿真模型 图 收稿日期：２ ０ １ ３ — ０ ４ —１ ７
圆盘 转 子 部 件 进 行 计 算 分 析 ，其 等 效 应 力 及 应 变
分 析 ，计 算 极 限 受 力 条 件 下 转 子 部件 的应 力 和应
变 。 为 减 少 实体 建 模 的 工作 量 ，减 少单 元 数 量 ， 降 低模 型 求 解 工作 量 ，相 关模 型 都 取其 １ ／ ． １标准 等厚转子部件计算结果分析 标 准 等 厚 度 圆 盘 是 常 规 的 转 子 部 件 形 式 ，并
件 下 使 用 特 性 分 析 和 测试 就 尤 为 重 要 …。 而 转 子
部 件 轮 廓 形 状 优 化 是 动 态 特 性 提 升 的重 要 基 础 。 在 对 于 高 加 速 度 实 验 中 的转 子 部 件 进 行 计 算 优 化 时 ， 由于 各 旋 转 部 件 旋 转 半 径 、重 量 、结 构 及 使
王成林 ，李广龙 ，李晓杰
Ｖ Ｖ Ａ ＮＧ Ｃｈ ｅ ｎ ｇ ． １ ｉ ｎ ，Ｌ Ｉ Ｇｕ ａ ｎ ｇ ． １ ｏ ｎ ｇ ，Ｌ ｌ Ｘ ｉ ａ ｏ － ｊ ｉ ｅ
（ 北 京物资学院，北京 １ ０ １ １ ４ ９ ）
摘 要 ：本文基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 软件 建立 了高加 速度旋转 实验 转子部件 的外轮廓优化模 型 ，以减小转子部件 应 力集中和 转动惯 量为优化 目标 ，从 径向和 轴向两个维 度对转 子部件 的外形轮廓进 行了优化 设计 ，得出外形轮廓与应力之间的对应关系。针对转子部件质量不连续分布的问题 ，以安装 孔为研究对象 ， 对 孔径 、孔深以及回转半径等造成的影 Ｏ ｉ ｂ ］ ， Ｕ 用正 交实验法进行 量化分析 。
如 图２ 、 图３ 所示。
作 者简介：王成林 （ １ ９ ７ ９一），男，黑龙江人 ，副教授 ，博士 ，研 究方向为工程装备设计 。
第３ ５ 卷 第６ 期 ２ ０ １ ３ ＿ 。 ０ ６ （ 上） ［ １ １ ５ １
、 Ｉ
果略 优 于轴截 面 为椭 圆形 的 转子 部件 。
在 各级 速 度旋 转 实 验 中广 泛 应 用 。 因此 本 文 设 定 转 子 外 轮 廓 优 化 基 础 形 式 为 等 厚 度 标 准 圆 盘 ，作
寿命 提 供 了 理 论 和 技 术 上 的 保 障 ，提 高 了转 子 部 件 工 作 的 可 靠性 【 ３ ｌ 。本 文结 合 了ＡＮＳ ＹＳ 精 确计 算
用 要 求 等 差 异 会 导 致 运 行 工 况 复 杂 ，给 转 子 装 配 轴带 来 复 杂 的 应 力 和 应 变 ，计 算 难 度 大 。计 算 机 技 术 和 有 限 元 技 术 的 发 展 ， 使 机 械 结 构 获 取 较 为 精 确 的应 力 计算 】 。这 为 转子 推 算极 限 受力 条 件下 的 应 力 、 应 变 、优 化 设 计 、降 低 故 障 和 延 长 使 用
关键词：高加速度；转子部件 ； 有限元分析；形状优化
中图分类号 ；Ｔ Ｈ Ｉ ２ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ —０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ （ 上） 一 ０ １ １ ５ —０ ４
Ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． １ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ － ０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ６ （Ｅ ） ． ３ ５
６ ０ ６ ２ ｒ ａ ｄ ／ ｓ 。综 合 考 虑 材料 的密 度 、许 用 应 力 、加
工 难易 度等 因 素 ，选 用Ｔ Ｃ ４ 合金作 为 分析 对象 ，其 密 度是４ ４ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ ，弹 性 模量 为 １ １ ０ ＧＰ ａ ，泊松 比为 ０ ． ３ ４ ，许 用应 力极 值为 ８ ３ ０ ＭＰ ａ 。 在 设 定 工 作 条 件 下 对 方 案 进 行 有 限 元方 法 的
０ 引言
高 加 速 度 旋 转 实 验 广 泛 应 用 于 高 速 加 工 制
１ 转子部件外轮廓优化研究
１ ． １转子部件外轮廓优化研究 本 文 所 涉 及 的高 加 速 度 实 验 以质 量 ２ ５ ０ ｇ 左 右 的 固体 为 实 验 对 象 ， 径 向尺 寸 为 ８ ０ ｍｍ，承 载 加 速 度值 为 １ ５ ０ ０ ０ ０ ｇ ，转速 为 ５ ７ ５ ４ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ，角 速 度 为
１
訇 似
基于Ａ ＮＳ ＹＳ 的高加速度旋转实验 转子部件 形状优化研究
Ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ｏｆ ｓｈａｐｅ ｏｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ｉ ｎｇ ｏｆ ｒ ｏｔ ｏｒ ｉ ｎ ｈｉ ｇｈ－ ａｃｃｅｌ ｅｒ ａｔ ｉ ｏｎ ｒ ｏｔ ａｔ ｉ ｏｎ
ｅｘｐｅｒ ｉ ｍ ｅｎｔ ｂａｓ ｅｄ ｏｎ Ａ Ｎ ＳＹＳ
ｌ Ｉ ８ 化
根据１ ０ 组 实 验 结 果 获 得 的 应 力极 值 变 化 趋 势
如 图１ ６ 所示。
１ ． ２ 转子部件变厚度设计影响因素研究 在 确 定 转 子 部 件 的 质 量 向 回 转 中心 处 集 中是 个 可 行 的 优 化 方 向 的 基 础 上 ，进 一 步 讨 论 转 子
造 、 清 洁 能 源 、 生 物 工程 、 绿 色 物 流 等 诸 多 技 术
领 域 ， 以高 加 速 度 承载 实验 为例 ，其 基 本 实 验 原
理如图ｌ 所 示 。转 子 部件 作 为 核心 部 件 在运 行 中起 着 举 足 轻 重 的作 用 ， 因此 对 其 在 高 加 速 度 加 载 条
的优 势 ，在 超 高 稳 态加 速 度 条 件 下 ，进 行 转 子 部 件 的形 状 优化 研究 。
为 优 化 的对 比基 础 。在ＡＮＳ ＹＳ 环 境 对 常 规 等厚 度
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图１ 高加速度旋 转实验系统原理简图及仿真模型 图 收稿日期：２ ０ １ ３ — ０ ４ —１ ７
圆盘 转 子 部 件 进 行 计 算 分 析 ，其 等 效 应 力 及 应 变
分 析 ，计 算 极 限 受 力 条 件 下 转 子 部件 的应 力 和应
变 。 为 减 少 实体 建 模 的 工作 量 ，减 少单 元 数 量 ， 降 低模 型 求 解 工作 量 ，相 关模 型 都 取其 １ ／ ． １标准 等厚转子部件计算结果分析 标 准 等 厚 度 圆 盘 是 常 规 的 转 子 部 件 形 式 ，并
件 下 使 用 特 性 分 析 和 测试 就 尤 为 重 要 …。 而 转 子
部 件 轮 廓 形 状 优 化 是 动 态 特 性 提 升 的重 要 基 础 。 在 对 于 高 加 速 度 实 验 中 的转 子 部 件 进 行 计 算 优 化 时 ， 由于 各 旋 转 部 件 旋 转 半 径 、重 量 、结 构 及 使
王成林 ，李广龙 ，李晓杰
Ｖ Ｖ Ａ ＮＧ Ｃｈ ｅ ｎ ｇ ． １ ｉ ｎ ，Ｌ Ｉ Ｇｕ ａ ｎ ｇ ． １ ｏ ｎ ｇ ，Ｌ ｌ Ｘ ｉ ａ ｏ － ｊ ｉ ｅ
（ 北 京物资学院，北京 １ ０ １ １ ４ ９ ）
摘 要 ：本文基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 软件 建立 了高加 速度旋转 实验 转子部件 的外轮廓优化模 型 ，以减小转子部件 应 力集中和 转动惯 量为优化 目标 ，从 径向和 轴向两个维 度对转 子部件 的外形轮廓进 行了优化 设计 ，得出外形轮廓与应力之间的对应关系。针对转子部件质量不连续分布的问题 ，以安装 孔为研究对象 ， 对 孔径 、孔深以及回转半径等造成的影 Ｏ ｉ ｂ ］ ， Ｕ 用正 交实验法进行 量化分析 。
如 图２ 、 图３ 所示。
作 者简介：王成林 （ １ ９ ７ ９一），男，黑龙江人 ，副教授 ，博士 ，研 究方向为工程装备设计 。
第３ ５ 卷 第６ 期 ２ ０ １ ３ ＿ 。 ０ ６ （ 上） ［ １ １ ５ １
、 Ｉ
果略 优 于轴截 面 为椭 圆形 的 转子 部件 。
在 各级 速 度旋 转 实 验 中广 泛 应 用 。 因此 本 文 设 定 转 子 外 轮 廓 优 化 基 础 形 式 为 等 厚 度 标 准 圆 盘 ，作
寿命 提 供 了 理 论 和 技 术 上 的 保 障 ，提 高 了转 子 部 件 工 作 的 可 靠性 【 ３ ｌ 。本 文结 合 了ＡＮＳ ＹＳ 精 确计 算
用 要 求 等 差 异 会 导 致 运 行 工 况 复 杂 ，给 转 子 装 配 轴带 来 复 杂 的 应 力 和 应 变 ，计 算 难 度 大 。计 算 机 技 术 和 有 限 元 技 术 的 发 展 ， 使 机 械 结 构 获 取 较 为 精 确 的应 力 计算 】 。这 为 转子 推 算极 限 受力 条 件下 的 应 力 、 应 变 、优 化 设 计 、降 低 故 障 和 延 长 使 用
关键词：高加速度；转子部件 ； 有限元分析；形状优化
中图分类号 ；Ｔ Ｈ Ｉ ２ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ —０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ （ 上） 一 ０ １ １ ５ —０ ４
Ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． １ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ － ０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ６ （Ｅ ） ． ３ ５
６ ０ ６ ２ ｒ ａ ｄ ／ ｓ 。综 合 考 虑 材料 的密 度 、许 用 应 力 、加
工 难易 度等 因 素 ，选 用Ｔ Ｃ ４ 合金作 为 分析 对象 ，其 密 度是４ ４ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ ，弹 性 模量 为 １ １ ０ ＧＰ ａ ，泊松 比为 ０ ． ３ ４ ，许 用应 力极 值为 ８ ３ ０ ＭＰ ａ 。 在 设 定 工 作 条 件 下 对 方 案 进 行 有 限 元方 法 的
０ 引言
高 加 速 度 旋 转 实 验 广 泛 应 用 于 高 速 加 工 制
１ 转子部件外轮廓优化研究
１ ． １转子部件外轮廓优化研究 本 文 所 涉 及 的高 加 速 度 实 验 以质 量 ２ ５ ０ ｇ 左 右 的 固体 为 实 验 对 象 ， 径 向尺 寸 为 ８ ０ ｍｍ，承 载 加 速 度值 为 １ ５ ０ ０ ０ ０ ｇ ，转速 为 ５ ７ ５ ４ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ，角 速 度 为
１
訇 似
基于Ａ ＮＳ ＹＳ 的高加速度旋转实验 转子部件 形状优化研究
Ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ｏｆ ｓｈａｐｅ ｏｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ｉ ｎｇ ｏｆ ｒ ｏｔ ｏｒ ｉ ｎ ｈｉ ｇｈ－ ａｃｃｅｌ ｅｒ ａｔ ｉ ｏｎ ｒ ｏｔ ａｔ ｉ ｏｎ
ｅｘｐｅｒ ｉ ｍ ｅｎｔ ｂａｓ ｅｄ ｏｎ Ａ Ｎ ＳＹＳ