交变载荷下乳化液泵曲轴有限元分析研究

摘要

随着综采工艺的不断发展,乳化液泵也向高压大流量,结构紧凑化方向发展。曲轴系统作为乳化液泵重要的机械传动部件,是乳化液泵最重要的部件之一。它的整体结构、曲拐的空间分布及尺寸参数在很大程度上影响泵的整体结构,因其承受着巨大的周期性交变载荷,产生强大的交变扭转应力和弯曲应力,所以极易造成曲轴的弯曲变形甚至疲劳断裂。因此,如何较准确地得到曲轴的应力与变形的大小及分布,校核其疲劳强度,估算其疲劳寿命,对曲轴结构优化和改进设计具有重要意义。
　　本文以MRB400/31.5型乳化液泵为研究对象,对乳化液泵的中心曲柄连杆机构进行运动学和动力学分析计算,得到柱塞和连杆的位移、速度和加速度以及作用在曲轴上并随曲柄转角周期性变化的力的函数关系式,并以实例每隔10°为一研究工况,利用MATLAB编程得到作用在曲轴各曲拐上的径向力和切向力,为后面有限元分析各工况提供载荷边界条件。
　　利用三维软件CATIA对乳化液泵曲轴进行符合实际情况的建模,采用ABAQUS软件对其进行了整体有限元分析,研究了整体曲轴在各工况下的应力和变形状况,并得到应力最大工况位置。根据应力响应结果并结合材料特性,校核了该乳化液泵曲轴在交变载荷下的疲劳强度,并建立曲轴-支承接触模型,运用接触有限元方法研究整体曲轴强度,并对主轴颈刚性支承模型和接触有限元模型两种方法进行比较分析,为曲轴强度设计和技术改进提供了参考依据。

目录

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1 绪论

1.1 选题的背景及研究的意义

1.2 乳化液泵曲轴国内外研究现状与发展

1.3 本文研究内容

1.4 本章小结

2 曲柄连杆机构的动力学分析计算

2.1 曲柄连杆机构的运动学分析

2.2 曲柄连杆机构受力分析

2.3 计算结果分析

2.4 曲轴受力分析及计算

2.5 曲轴受力实例计算

3 有限元法及曲轴模型建立

3.1 有限元法

3.2 曲轴几何模型的建立

3.3 本章小结

4 曲轴有限元分析

4.1 曲轴有限元模型的建立

4.2 网格划分

4.3 曲轴整体有限元分析

4.4 计算结果及分析

4.5 曲轴强度校核

5 曲轴强度的接触有限元分析

5.1 接触问题及其在 ABAQUS 中的应用

5.2 建立曲轴和支座接触模型

5.3 整体曲轴接触分析

5.4 主轴颈刚性支承、接触有限元法的比较

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录