高速冷冻离心机固定角转子的强度测试分析

某公司 BKMGL20A 全自动高速冷冻离心机一只制备容量为 3000ml 的固定角转子（以下科称角转子），质量 27kg，**大外径 370mm、**高转速 7000r/min，**大离心加速度 9100×g。人为使它强度失稳在 7000r/min 运行中飞裂，通过实验计算，**大一块飞裂残骸产生 105 焦耳的功能。这么大的能量在飞裂爆破的一瞬间释放，使具有多级缓冲装置的整机旋转了 45℃。目前G外超速离心机角转子转速 85000r/min，**大离心加速度 650000×g。如果转子在此转速下飞裂，不但设备损坏，而且操作者的安全受到严重威胁。我G进口的离心机，转子在使用中飞裂发生了数次。某医学院进口日立超速机，一只 50000r/min 角转子中断几年没使用，后来重新使用时，转速升** 40000r/min 转子即飞裂，造成重大损失。因此转子强度及安全一直是G内外生产厂商和用户**关心的问题。那么影响转子强度的原因是什么呢？本文试图通过对解转子的应力分析、强度计算、安全系数的选择以及飞裂残骸分析来论述转子裂纹产生原因，提出预防措施。 1 角转子应力分析如图 1 所示，角转子具有 2n 个直径为 d 的对称分布离心孔，中心具有导向通孔 d1 和定位锥孔。当转子绕定轴旋转时，任一质点产生的离心力为 Fi=miRiw2（mi 为任一质点，Ri 为质点质点回转半径，w 为质点角速度）。由于转子形状复杂，各质点体积力不同，产生了附加弯矩。为了弄清转子受力状态，找出危险截面，对转子进行了光弹实验。通过对环氧树脂转子动态应力冻结、切片及应力条纹测量，得到了图 2、3、4 转子应力分布图。通过实验发现转子处于三向不等应力的拉伸和压缩，而且切向应力 t 总是大于径向应力 r 和轴向应力 z 应力**大区域在通过 A 点的圆周上（见图 2）。A 点的高度在锥孔小端附近，与转子**大外径高度基本一致。通过测量得到 A 点处于两离心孔之间（无孔）的应力大于处于离心孔（有孔）中的应力。测量结果见表 1。