伍德密封强度计算算例



伍德密封强度计算（参照GB150算例C.3）
序号	项目	符号	数据来源或计算公式	数值	单位
一	设计数据
1	计算压力	pc	设计给定	18	MPa
2	设计温度	td	设计给定	250	℃
二	载荷计算
1	密封接触圆直径	Dc	设计给定	739	mm
2	密封面角度	α	设计给定	45	°
3	摩擦角	ρ	设计给定	4	°
4	比压力	y	石棉铜丝垫 查GB150表9-2	15.2	MPa
5	密封环斜边长	c	设计给定	58.00
6	线密封比压	q1	cy/2	440.8	N/mm
7	内压引起的总轴向力	F	πDc2pc/4	7720621.801	N
8	预紧压垫密封轴向分力	Fa	πDcq1sin(α+ρ)/cosρ	774242.0337	N
二	牵制环计算
(1)	结构尺寸
1	内径	D1	设计给定	220	mm
2	螺栓孔中心距	Db	设计给定	510	mm
3	aa截面直径	Da	设计给定	784	mm
4	外径	D3	设计给定	824	mm
5	厚度	δ	设计给定	65	mm
6	厚度	h	设计给定	55	mm
7	螺栓孔直径	dk	设计给定	27	mm
(2)	应力计算
1	纵向截面弯曲应力	σm	3Fa(Da-Db)/[π(D3-D1-2dk)δ2]	87.17827513	MPa
2	aa截面环向弯曲应力	σma	3Fa(Da-Db)/[πDah2]	85.41934426	MPa
3	aa截面环向剪应力	τa	Fa/[πDah]	5.715406246	MPa
4	aa截面环向当量应力	σoa	[σma2+3τa2]0.5	85.99105755	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	16MnⅡ
2	设计温度下的许用应力	[σ]t	查GB150 (t=100)	137	MPa
3	0.9[σ]t		0.9[σ]t	123.3	MPa
4	判断1		σm≤0.9[σ]t合格，否则不合格	合格
5	判断2		τoa≤0.9[σ]t合格，否则不合格	合格
三	四合环计算
(1)	结构尺寸
1	aa截面直径	Da	设计给定	780	mm
2	拉紧螺栓孔直径	dk	设计给定	24	mm
3	拉紧螺栓数量	n	设计给定	8
4	厚度	h1	设计给定	69	mm
(2)	应力计算
1	aa截面环向剪应力	τa	（F+Fa)/[πDah1-πndk2/4]	51.3664967	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	16MnⅡ
2	设计温度下的许用应力	[σ]t	查GB150(t=150)	137	MPa
3	0.9[σ]t		0.9[σ]t	123.3	MPa
4	判断		τa≤0.9[σ]t合格，否则不合格	合格
四	牵制螺栓计算
(1)	结构尺寸
1	牵制螺栓直径	M	设计给定	24	mm
2	牵制螺栓数量	n	设计给定	16
3	牵制螺栓最小直径	dmin	M-1.1P	21.8	mm
(2)	螺栓面积校核
1	螺栓材质			35CrMoA
2	许用应力	[σ]b	查GB150	206	MPa
3	螺栓总需要面积(取预紧状态)	Am	Fa/[σ]b	3758.456474	mm2
4	实际采用螺栓总面积	A	nπdmin2/4	5972.041971	mm2
5	判断		Am≥A合格，否则不合格	合格
五	顶盖计算
(1)	结构尺寸
1	直径	D6	设计给定	698	mm
2	厚度	δ1	设计给定	200	mm
3	厚度	h2	设计给定	154	mm
4	距离	Zc	CAD图纸查得	100	mm
5	距离	l	设计给定	217.7888886	mm
6	惯性矩	Ic	CAD图纸查得	464390456.3	mm4
7	密封面长度	L	设计给定	29	mm
8	aa截面平均直径	D5	D6-h2/tgα	543.8773168	mm
(2)	应力计算
1	纵向截面弯矩	M	((Dc-2/3Dc)*F+(Dc-Db)*Fa)/6.28	331074511.1	N·mm
2	纵向截面抗弯截面系数	Z	Zc≥0.5δ:Ic/Zc,Zc＜0.5δ:Ic/(δ1-Zc)	4643904.563	mm3
3	纵向截面弯曲应力	σm	M/Z	71.29227282	MPa
4	aa截面弯曲应力	σma	6(F+Fa)L/(πD5l2sinα)	25.81615889	MPa
5	aa截面剪应力	τa	(F+Fa)/(πD5lsinα)	32.31306065	MPa
6	aa截面环向当量应力	σoa	[σma2+3τa2]0.5	61.63502028	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	16MnⅢ
2	设计温度下的许用应力	[σ]t	查GB150(t=250)	137	MPa
3	0.7[σ]t		0.7[σ]t	95.9	MPa
4	判断1		σm≤0.7[σ]t合格，否则不合格	合格
5	判断2		σoa≤0.7[σ]t合格，否则不合格	合格
六	端部计算
(1)	结构尺寸
1	端部外直径	Do	设计给定	1124	mm
2	bb截面处直径	D7	设计给定	880	mm
3	尺寸	h3	设计给定	48	mm
4	尺寸	l1	设计给定	115	mm
5	尺寸	l2	设计给定	128.5	mm
(2)	应力计算
1	aa截面处厚度	S	(Do-D7)/2	122	mm
2	端部YY截面至直径D7距离	So	Do≤1.45:(Do-D7)/4;Do＞1.45:（Do-D7)(2Do+D7)/[6(Do+D7)]	61	mm
3	力臂	H	S0+0.5h3	85	mm
4	端部YY中性面直径	Dn	D7+2So	1002	mm
5	端部aa截面拉应力	σa	4(F+Fa)/[π(Do2-D72)]	22.13090743	MPa
6	端部F+Fa因起的弯矩	M	(F+Fa)H	722063426	N·mm
7	YY中性面单位长度弯矩	M1	M/(πDn)	229497.5101	N·mm/mm
8	端部材料			20MnMoIV
9	平均壁温下材料泊松比	μ	查GB150	0.3
10	平均壁温下材料许用应力	[σ]t	查GB150(t=250)	196	MPa
11	计算系数	β	[12（1-μ)/(Dn2S2)]0.25	0.003273769
12	数值		β*l1	0.37648349	mm
13	数值	M3/M1	根据β*l1查GB150 图G11	0.8
14	数值	M4/M1	根据β*l1查GB150 图G11	0.19
15	单位长度弯矩	M3	(M3/M1)M1	183598.0081	N·mm/mm
16	单位长度弯矩	M4	(M4/M1)M1	43604.52691	N·mm/mm
17	计算系数	C	l2/l1	1.117391304
18	数值	10βMr/qr	根据β*l1和C查GB150 图G12	-0.2
19	密封反力引起的径向载荷	Qr	(F+Fa)/tg(α+ρ)	7390940.997	N
20	YY中性面单位长度径向载荷	qr	Qr/(πDn)	2349.104656	N/mm
21	计算弯矩	Mr	(10βMr/qr)*qr/(10β)	-14351.06944	N·mm/mm
22		Mr+M3	Mr+M3	169246.9386	N·mm/mm
23		Mr-M4	Mr-M4	-57955.59635	N·mm/mm
24	最大单位长度弯矩	Mmax	max{(Mr+M3),(Mr-M4)}	169246.9386	N·mm/mm
25	端部aa截面弯曲应力	σma	6Mmax/S2	68.22639288	MPa
26	aa截面环向当量应力	σoa	σa+σma	90.35730031	MPa
27	bb截面弯曲应力	σmb	3(F+Fa)h3/(πD7l12)	33.47425445	MPa
28	bb截面剪应力	τb	(F+Fa)/(πD7l1)	26.73291154	MPa
29	bb截面环向当量应力	σob	[σmb2+3τb2]0.5	57.13555276	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	20MnMoⅢ
2	设计温度下的许用应力	[σ]t	查GB150	196	MPa
3	0.9[σ]t		0.9[σ]t	176.4	MPa
4	判断1		σoa≤0.9[σ]t合格，否则不合格	合格
5	判断2		τob≤0.9[σ]t合格，否则不合格	合格
七	密封环计算
(1)	结构尺寸
1	外直径	Do	设计给定	780	mm
2	宽度	a	设计给定	41	mm
3	高度	b	设计给定	60	mm
4	密封面长度	c	a/sinα	58.01	mm
5	计算面积	A1	π(Do-a)c	134600.27	mm2
6	计算面积	A2	π(Do-a)a	95138.86	mm2
7	计算面积	A3	πDoc	142067.94	mm2
(2)	应力计算
1	法向反力	N1	(F+Fa)cosρ/sin(α+ρ)	11232648.63	N
2	法向反力	N2	(F+Fa)[1-tanρ/tan(α+ρ)]	7978301.755	N
3	法向反力	N3	(F+Fa)/tan(α+ρ)	7390940.997	N
4	挤压应力	σ1	N1/A1	83.45190284	MPa
5	挤压应力	σ2	N2/A2	83.85954756	MPa
6	挤压应力	σ3	N3/A3	52.02398801	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	石棉铜丝软垫片
2	比压力	[σ]bt	设计给定	98	MPa
3	最大挤压应力	σmax	max{σ1,σ2,σ3}	83.85954756	MPa
4	判断		[σ]bt＞σmax合格，否则不合格	合格
八	均压圈计算
(1)	结构尺寸
1	外直径	Do	设计给定	780	mm
2	宽度	b	设计给定	41	mm
3	锥角	β	设计给定	0	°
(2)	应力计算
1	实际挤压应力	σb	(F+Fa)/[π(Do-b)bcosβ]	89.28910684	MPa
(3)	应力校核
1	材料		设计给定	Q345R
2	许用挤压应力	[σ]bt	根据材料查表	157	MPa
3	判断		[σ]bt＞σb合格，否则不合格	合格