文档介绍：2004 ANSYS 中国用户论文集
尼尔基水轮发电机主轴联轴螺栓强度优化
袁昌健李志和
哈尔滨电机厂有限责任公司黑龙江 150040

[ 摘要] 水轮发电机主轴联轴螺栓是水轮发电机重要的联接部件。利用先进的有限元应用软件 ANSYS,
充分考虑到结构的接触和摩擦非线性行为,使用 ANSYS 的 APDL 脚本语言编制参数化程序,
设计和优化主轴联轴螺栓。
[ 关键词] 主轴联轴螺栓;有限元;预紧力;接触;非线性
The Optimization Design of NIERJI Hydrogenerator Main Shaft
Fasten Joint Bolt
YUAN Chang-jian , LI Zhi-he
[ Abstract ] It’s important ponent of Hydrogenerator Main Shaft Fasten Joint Bolt. In this
paper,We programmed with ANSYS Parametric Design Language(APDL),and designed
and optimized the Main shaft fasten Joint Bolt considered nonlinear behaviors using FEA
software ANSYS.
[Key words] Main shaft fasten Joint Bolt,Finite Element Method,Preload,Contact,Nonlinear

水轮发电机主轴联轴螺栓是水轮发电机重要联接部件,连接着水轮发电机主轴和转子
支架。在保证机组的正常稳定运行中起着极其重要的作用。如果联轴螺栓联接不可靠,被联
接法兰间存在间隙,必将会导致机组振动过大,影响机组的正常稳定运行。情况严重时将导
致联轴螺栓断裂,主轴脱落,产生不可挽回的损失。
本文重在主轴联轴螺栓强度和被联接圆盘接触状态两方面进行设计优化研究,为产品
设计提供理论依据。运用国际流行的有限元分析软件──ANSYS 进行分析计算,充分考虑
非线性因素对结构的影响,利用 ANSYS 的 APDL(ANSYS Parametric Design Language)脚
本编程语言,编制程序进行参数化优化设计,快捷分析各种拓扑结构相似的螺栓结构。
显见,在水轮发电机结构中,发电机主轴和水轮机主轴之间的联轴螺栓以及水轮机主
轴和转轮之间的联轴螺栓在联接形式上和主轴联轴螺栓是完全一致的。所以,对于主轴联轴
螺栓分析流程的参数化编程,通过参数驱动结构的拓扑结构,可以方便快捷的对以上的结构
进行分析,主轴联轴螺栓的强度优化设计分析在水轮发电设备强度分析中具有重要的意义。

许多工程分析问题,都可以归结为在给定边界条件下求解其控制方程(常微分方程或
偏微分方程)的问题,但能用解析法求出精确解的只是方程性质比较简单,且几何边界相当
规则的少数问题。对于大多数的工程技术问题,由于物体的几何形状复杂或者问题的某些特
征是非线性的,如:接触状态非线性等,则很少有解析解。随着计算机技术