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隔膜泵曲轴的有限元分析

隔膜泵曲轴的有限元分析:

使用ANSYS有限元分析软件系统进行隔膜泵的结构设计，在国内外的应用取得了一定的进展。山于要熟练的使用有限元分析软件系统，必须要具备相应的力学、有限元等相关理论知识和丰富的实际经验。包括模型的简化，从实体模型到有限元模型的转换等等，这使得ANSYS在隔膜泵结构设计中的应用受到了一定的限制。本文所做的曲轴分析暂时局限于结构力学分析。有限元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个n按一定方式相4.联结6一起的单元的组合体。利用有限元法处理弹性力学问题的基本思路就是将弹性体的求解区域分割为有限个单元.通过构造插值位移函数，利用最小位能原理.将总位能求极值建立线性方程组.从而解得单元节点的位移值.进一步求得应力位。具体可归纳为以下三个步骤:
1，离散化.即网格划分。
2，单元分析。
3，整体分析，对各单元组成的整体进行分析。有限元方法的一般工作流程如图1所示。


曲轴是在连续周期变化的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩(扭矩和弯矩)共同作用下工作的，使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力状态。理论与实践表明.对于各种曲轴.弯曲载荷具有决定性意义，而扭转载荷占次要地位。囚此，曲轴结构强度研究的重点是弯曲疲劳强度。曲轴形状复杂，应力集中现象相当严币，特别在曲柄至轴颈的圆角过渡区及加工粗糙的部位尤为突出。曲轴各轴颈应具有足够的承压面积以使其各摩擦表面磨损程度尽可能减小。由于曲轴受力复杂，几何断面形状比较特殊.对曲轴的设计至今还没有一个能完全反映客观实际的理论公式可供通用。因此.曲轴的设计主要是依靠经验设计，即利用现有的曲轴结构与尺寸的统计资料.借以初步确定曲轴的基本尺寸，然后进行细节设计、强度复核、曲轴样品试验，最后确定曲轴的结构、尺寸与加工工艺等。有限元技术的出现，为工程设计领域提供了一个强有力的计算工具，有限元技术的应用大大提高了曲轴设计的可靠性。

木文将针对三拐四支撑曲轴进行结构分析。隔膜泵三拐曲轴属于异形长轴类零件.具有轴线不连续、长径比大、结构复杂等特点。山于曲轴不完全对称，因此对曲轴进行有限元分析时必须以整体为研究对象。由于曲轴结构复杂、各个截而形状很不规则，利用有限元软件进行建模网格化时很难保证与图纸上的曲轴结构完全一致.因此建模时必须简化.且以不影响其结构的动态特性为原则。参考了大多数文献并结合ANSYS分析特点.对隔膜泵做忽略曲轴上小的倒角、倒边及曲柄上削去部分的细节简化:三拐曲轴结构静力学分析框架图如图2所示。

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