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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進行隔膜泵的結構設計，在國內外的應用取得了一定的進展。山于要熟練的使用有限元分析軟件系統，必須要具備相應的力學、有限元等相關理論知識和豐富的實際經驗。包括模型的簡化，從實體模型到有限元模型的轉換等等，這使得ANSYS在隔膜泵結構設計中的應用受到了一定的限制。本文所做的曲軸分析暫時局限于結構力學分析。有限元法的基本思想是將連續的求解區域離散為一組有限個n按一定方式相4.聯結6一起的單元的組合體。利用有限元法處理彈性力學問題的基本思路就是將彈性體的求解區域分割為有限個單元.通過構造插值位移函數，利用最小位能原理.將總位能求極值建立線性方程組.從而解得單元節點的位移值.進一步求得應力位。具體可歸納為以下三個步驟:
1，離散化.即網格劃分。
2，單元分析。
3，整體分析，對各單元組成的整體進行分析。有限元方法的一般工作流程如圖1所示。


曲軸是在連續周期變化的氣體壓力、往復和旋轉運動質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，使曲軸既扭轉又彎曲，產生疲勞應力狀態。理論與實踐表明.對于各種曲軸.彎曲載荷具有決定性意義，而扭轉載荷占次要地位。囚此，曲軸結構強度研究的重點是彎曲疲勞強度。曲軸形狀復雜，應力集中現象相當嚴幣，特別在曲柄至軸頸的圓角過渡區及加工粗糙的部位尤為突出。曲軸各軸頸應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。由于曲軸受力復雜，幾何斷面形狀比較特殊.對曲軸的設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.曲軸的設計主要是依靠經驗設計，即利用現有的曲軸結構與尺寸的統計資料.借以初步確定曲軸的基本尺寸，然后進行細節設計、強度復核、曲軸樣品試驗，最后確定曲軸的結構、尺寸與加工工藝等。有限元技術的出現，為工程設計領域提供了一個強有力的計算工具，有限元技術的應用大大提高了曲軸設計的可靠性。

木文將針對三拐四支撐曲軸進行結構分析。隔膜泵三拐曲軸屬于異形長軸類零件.具有軸線不連續、長徑比大、結構復雜等特點。山于曲軸不完全對稱，因此對曲軸進行有限元分析時必須以整體為研究對象。由于曲軸結構復雜、各個截而形狀很不規則，利用有限元軟件進行建模網格化時很難保證與圖紙上的曲軸結構完全一致.因此建模時必須簡化.且以不影響其結構的動態特性為原則。參考了大多數文獻并結合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節簡化:三拐曲軸結構靜力學分析框架圖如圖2所示。

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