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五缸往复泵曲轴的有限元分析

发布于:2016-07-10 22:37
有限元分析

      在大流量往复泵中,五缸泵的参数覆盖范围较三缸泵有明显优势,且流量不均匀系数明显小于三缸泵,效率也高。因此,在提高反渗透海水淡化用泵效率研究的课题中,针对反渗透海水淡化高压泵的能耗状况,通过对不同类型泵的特性分析,设计生产了一台五缸高压往复泵作为日产2500t海水的反渗透海水淡化装置主要动力设备的试验样机。该泵在往复泵中属于流量较大、压力较低的泵型,通过针对性地有限元分析,可使泵的总体结构更为紧凑合理。曲轴是其中最关键的受力零件之一,对整机的可靠性和经济性有着重要影响。因此,曲轴的设计成为整台泵设计的关键。
      用传统的力学方法进行曲轴疲劳强度分析,由于公式繁琐,计算量大,整个过程费时费力,而且由于在推导应力公式的过程中作了很多假设,导致计算结果存在较大误差。本研究立足于五拐三支承整体曲轴,利用有限元App对曲轴进行模态法瞬态响应分析,得到最危险点及其应力值,再对疲劳强度进行校核。该方法为曲轴设计提供了一种高效、可靠的疲劳校核途径。
      曲轴刚体动力学分析模型中,曲轴为刚性体,在完成各连接及外载荷后,将模态分析得到的中性文件(*mnf)通过MSC.Adams/FLEX导入MSC.Adams替换原刚性曲轴,从而得到用于分析柔性体曲轴的动力学分析模型。
      根据零件间的实际运动关系将运动副简化成MSC.Adams中的理想约束:曲轴与连杆为铰接副,柱塞与机体为移动副,曲轴与机体为铰接副,十字头与连杆为铰接副连接,机体与地基为固定副。由于铰接副不能直接作用在柔性体上,因此,在柔性曲轴与连杆的连接处建立无质量刚性小球(哑物体),将哑物体与柔性曲轴固定连接,哑物体与连杆以铰接副连接。以曲轴与机体转角φ为自变量,计算电动机输入扭矩:将扭矩输入MSC.Adams形成SPLINE线,设定输入力矩函数并加载,并在各柱塞前依次(按图,从左到右排列为1至5)加载柱塞力,然后提取连杆对曲柄销作用力曲线及支承处的支反力曲线,图为柱塞力曲线。图为第1拐连杆对曲柄销作用力曲线,图为A点支反力曲线。
      首先在MSC.Nastran中定义各场(field),即把在MSC.Adams中生成的曲轴各载荷谱以场(field)的形式导入到MSC.Nastran中,以便加载时可以调用,所定义的各场分别是按时间变化的动态载荷。
      曲轴最危险相位是指曲轴在旋转一周过程中曲轴上出现最大应力时的转角位置。为此,需对曲轴进行瞬态分析,分析前首先将一个旋转周期(360°)进行离散,离散角取为9°,即每隔9°计算一次各曲柄销的应力值,在一个周期内共计算40次,然后找出所有计算相位角中的最大应力,该最大应力所在的位置即为该曲轴的最危险点,其转角即为最危险相位。


                                                                                  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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