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多级离心消防泵的泵轴强度分析

发布于:2016-02-12 14:44
强度分析

      某型森林消防泵是根据森林消防泵的使用特点和技术要求专门设计的,它具有质量轻、流量适中、扬程较高且便于携带等优点,可广泛应用于森林、矿区、工厂、仓库等场所。其中,泵轴是该离心泵的核心部件,其对工作条件要求苛刻,受力情况复杂,在设计过程中,弯扭合成强度分析计算、疲劳强度计算以及各种性能参数均依靠传统的经验公式或绘图法确定,计算过程繁琐且容易出现较大的误差,计算结果的准确性也得不到保证,如要进行针对泵轴的样机试验,更是耗时耗力且成本昂贵。
      本研究通过理论计算得到泵轴载荷系统数据,结合Solidworks2010App的分析工具Simulation,采用有限元法对该泵的泵轴进行强度计算,得到静力状态下泵轴的应力分布和变形结果,大大提高了工作效率,为进一步的动力学分析和疲劳分析打下基础,也为泵轴及泵内其他零件的设计和校核提供了一种新的思路和方法。
      某型森林消防泵的基本设计参数见表,泵在工作过程中受力情况比较复杂,为了简化计算,将轴分成几段,每段中的力均用集中载荷表示,具体分析如下。对于静力分析,轴上物体的重力大小和方向总是恒定不变的,轴的输入端受到来自汽油机输出轴的扭矩,泵轴上所承受的重力主要来自叶轮的重力。
      根据Solidworks2010所绘制的叶轮三维模型,利用质量求解器得到单个叶轮质量约为0.12kg。具有螺旋形压水室的泵在运转时叶轮上会产生径向力,经计算得叶轮径向力Fr=36.6N。叶轮的离心力是因叶轮的旋转中心与重心不一致而由不平衡质量产生的,由于此种森林消防泵叶轮采取的是圆周分布的圆柱形叶片,其偏心残留度很小,通过三维App绘型后测算,其重心位置也在旋转中心上,故叶轮离心力可忽略不计。另外,该泵设有平衡盘,故其叶轮轴向力在计算时也可忽略不计。由材料的屈服极限=440MPa,安全系数取14-15倍,经计算得实际安全系数n=26.7,故该泵轴的材料满足强度条件。轴的细长比:d/l=17/231=0.074,满足细长比对多级泵d/l=0.035-0.04的要求,所以轴的刚度也满足要求。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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