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活塞压缩机连杆的有限元分析

发布于:2017-07-09 09:55
有限元分析

      连杆是压缩机运动机构中的重要零件之一,其任务是与曲轴一起将输入压缩机的旋转运动转化为活塞的往复运动。目前,对连杆的有限元分析主要集中在对动力连杆的分析上,而对于压缩连杆的分析却鲜见报道。本研究使用Solidworks 2008建立了压缩连杆有限元分析模型,并将其导入Ansys中进行了分析。
      连杆是由连杆体、连杆盖、连杆轴瓦和连杆螺栓等零件组成的。本研究根据连杆的结构形状特点,以有限元分析计算的数据工作量、计算时间及精度等为基本要求,在连杆建模时,必须做一些简化,这些简化是以不影响连杆的动静力学特性为前提的。   
      1、实际过程中,考虑到螺栓取了足够的预紧力,在有限元分析模型中,连杆与连杆大头盖在有限元分析中被认为连接成一体;2、为了避免局部网格过密,保证网格质量,节省计算时间,忽略了分布在连杆上的油孔、定位销钉孔等造成的影响;3、准用在连杆上的所有载荷均平行于连杆摆动平面,且认为沿连杆厚度方向均匀分布。
      应用Solidworks等三维设计App建立实体模型并转成为.x_t后导入有限元通用计算App中计算。为了缩小分析计算的工作量,提高计算速度,模型中去除了部分圆角及倒角。模型采用四面体单元进行网格划分。
      连杆在工作过程中需要承受通过活塞传递的气体力、往复运动质量的惯性力以及由于自身摆动所产生的惯性力。
      连杆大小端孔与轴、十字头的接触面载荷分布规律和作用角度的选择对计算结果有很大影响。严格地讲,它们都应按弹性接触计算的结果或者通过实测的方法来确定,但根据工程计算的成熟经验。本研究计算采用如下载荷分布模型:接触面处的载荷沿连杆厚度为均匀分布,在连杆平面内按余弦规律分布。
      由上述分析计算结果可知,当连杆在受拉状态下时,应力的最大值集中在连杆的小头处。同时,在连杆杆身与大头连接处同样存在较大的应力。
      对于上述应力集中的区域,可以考虑在连杆小头处加工一个凸台,以加强此处的强度。同时,通过改变连杆杆身与大小头连接处的过渡圆弧的半径来减少应力集中。
      通过分析计算可以得出,在设计压力下工作的压缩连杆满足强度要求。对于应力集中的位置,可以通过改变局部尺寸,增加凸台以及改变连接处的过渡圆角来减小应力集中,提高连杆强度。
      应用ANSYSApp进行有限元分析,可以方便地得到在工作压力下的压缩机压缩连杆的应力分布,为压缩机连杆强度的校核提供了一个方便可靠的计算工具,同时为压缩连杆的设计和改进提供了理论依据。



                                                                                  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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