往复泵曲轴疲劳强度分析及动载荷测试

发布时间：2019-11-09 19:43

【摘要】：往复泵因其具有输送介质广泛、效率高、排压高特点,在大型船舶、石油开发、煤气化工、电站排渣等国防和民用领域起着重要的作用。曲轴是往复泵中最重要、最昂贵的零件之一,其结构强度决定着整个往复泵的承载能力及工作可靠性。曲轴的疲劳断裂很可能引起往复泵其他零件的破坏。随着往复泵朝高速、高强度、重载方向的发展,曲轴的工作条件更加恶劣,因此曲轴的强度分析在往复泵设计中占有极其重要的作用。本文以某型号三缸单作用往复泵曲轴为研究对象,通过截面简支梁法、计算机编程技术及有限元仿真对曲轴的疲劳强度进行了深入的研究和分析。此外,通过试验测试和分析,揭示了新型流量可调节往复泵的动载荷变化规律。主要研究内容如下: 1)基于截面简支梁法对往复泵曲轴进行力学分析,推导出该曲轴在工作过程中所受内、外力以及截面应力的计算公式。在此基础上进行参数化设计,采用Visual Basic6.0语言开发出往复泵曲轴疲劳强度校核系统。 2)运用Solidworks软件建立整体曲轴模型,导入Ansys有限元软件进行网格划分,针对4中危险工况、两种不同的边界条件下进行有限元计算,得到了曲轴的整体应力分布情况,并进行疲劳强度校核。有限元分析结果验证了计算软件的可靠性,并为曲轴设计和改进提供依据。 3)采用动态应变测量的方法得到流量调节往复泵的真实动载荷,分析得到了往复泵动载荷随流量调节比、冲程速度及排压的变化规律。对曲轴进行了基于实际动载荷的强度校核,探讨基于实际动载荷的往复泵曲轴强度计算的必要性。通过研究发现,疲劳校核程序和有限元分析相结合的方法,可以显著提高计算效率,加快新产品开发进度;通过动态应变测试得到了往复泵动载荷变化规律,分析发现,流量可调节往复泵必须基于实际动载荷进行疲劳强度计算。
【图文】：

外形图,往复泵,曲柄连杆机构,外形图

是依靠活塞在缸内的往复运动，将能量以静压力形式传递给动能，实现介质输送的容积式泵[1]。往复泵是最早出现的泵类00 多年的历史。在旋转式原动机出现之前，往复泵几乎是唯纪中由于在旋转式原动机出现，离心泵、转子泵等在很多领当前，往复泵的产量只占整个泵类总产量的很小一部分。但特点并没有被其他泵类所取代，仍然是其他泵类所不能及的一种不可或缺的泵类，被广泛的使用[2]。泵和转子泵相比，往复泵具有以下突出优点：输送介质十分、效率高，，可获得很高的排出压力且流量与压力无关，特别适工作。在当今能源紧缺的形式下，往复泵作为节能产品，在、水利水电、管道输送、煤气化工、电站排渣和矿山开采等国重要的作用。根据驱动方式不同，往复泵可以分为：曲柄连杆驱动往复泵，凸轮机构往复泵。其中曲柄连杆机构往复泵是以力源，通过曲柄连杆机构将旋转运动转化为往复运动实现介质泵，是当前使用范围最广，技术较为成熟，稳定性最好的往

简支梁法,计算模型,曲轴

每段曲轴当作一个绝对刚性的简支梁计算[1][18]，图 1-2 为其计算迅速，能反映曲轴的基本受力情况，曾经在工程应用中有重要的下多处与实际情况不符：a) 将分布载荷简化为集中载荷；b) 忽略了相邻曲拐的内弯矩作用；c) 支反力的考虑过于简单。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH38

【参考文献】