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隔膜泵曲軸的有限元分析
隔膜泵曲軸的有限元分析:
使用ANSYS有限元分析軟件系統(tǒng)進(jìn)行隔膜泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在國內(nèi)外的應(yīng)用取得了一定的進(jìn)展。山于要熟練的使用有限元分析軟件系統(tǒng)，必須要具備相應(yīng)的力學(xué)、有限元等相關(guān)理論知識和豐富的實際經(jīng)驗。包括模型的簡化，從實體模型到有限元模型的轉(zhuǎn)換等等，這使得ANSYS在隔膜泵結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用受到了一定的限制。本文所做的曲軸分析暫時局限于結(jié)構(gòu)力學(xué)分析。有限元法的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個n按一定方式相4.聯(lián)結(jié)6一起的單元的組合體。利用有限元法處理彈性力學(xué)問題的基本思路就是將彈性體的求解區(qū)域分割為有限個單元.通過構(gòu)造插值位移函數(shù)，利用最小位能原理.將總位能求極值建立線性方程組.從而解得單元節(jié)點的位移值.進(jìn)一步求得應(yīng)力位。具體可歸納為以下三個步驟:
1，離散化.即網(wǎng)格劃分。
2，單元分析。
3，整體分析，對各單元組成的整體進(jìn)行分析。有限元方法的一般工作流程如圖1所示。
曲軸是在連續(xù)周期變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量的慣性力以及它們的力矩(扭矩和彎矩)共同作用下工作的，使曲軸既扭轉(zhuǎn)又彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。理論與實踐表明.對于各種曲軸.彎曲載荷具有決定性意義，而扭轉(zhuǎn)載荷占次要地位。囚此，曲軸結(jié)構(gòu)強度研究的重點是彎曲疲勞強度。曲軸形狀復(fù)雜，應(yīng)力集中現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)幣，特別在曲柄至軸頸的圓角過渡區(qū)及加工粗糙的部位尤為突出。曲軸各軸頸應(yīng)具有足夠的承壓面積以使其各摩擦表面磨損程度盡可能減小。由于曲軸受力復(fù)雜，幾何斷面形狀比較特殊.對曲軸的設(shè)計至今還沒有一個能完全反映客觀實際的理論公式可供通用。因此.曲軸的設(shè)計主要是依靠經(jīng)驗設(shè)計，即利用現(xiàn)有的曲軸結(jié)構(gòu)與尺寸的統(tǒng)計資料.借以初步確定曲軸的基本尺寸，然后進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計、強度復(fù)核、曲軸樣品試驗，最后確定曲軸的結(jié)構(gòu)、尺寸與加工工藝等。有限元技術(shù)的出現(xiàn)，為工程設(shè)計領(lǐng)域提供了一個強有力的計算工具，有限元技術(shù)的應(yīng)用大大提高了曲軸設(shè)計的可靠性。
木文將針對三拐四支撐曲軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。隔膜泵三拐曲軸屬于異形長軸類零件.具有軸線不連續(xù)、長徑比大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點。山于曲軸不完全對稱，因此對曲軸進(jìn)行有限元分析時必須以整體為研究對象。由于曲軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜、各個截而形狀很不規(guī)則，利用有限元軟件進(jìn)行建模網(wǎng)格化時很難保證與圖紙上的曲軸結(jié)構(gòu)完全一致.因此建模時必須簡化.且以不影響其結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性為原則。參考了大多數(shù)文獻(xiàn)并結(jié)合ANSYS分析特點.對隔膜泵做忽略曲軸上小的倒角、倒邊及曲柄上削去部分的細(xì)節(jié)簡化:三拐曲軸結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析框架圖如圖2所示。
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