电泵机组轴类强度有限元计算及优化

发布时间：2020-06-21 00:47

【摘要】： 轴类零件是电泵机组的关键部件，其强度设计对机组的综合能力的发挥意义重大。本文在分析潜油电泵机组具体结构特点的基础上，对不同类型的轴类零件做了受力分析，根据分析需要建立了不同的力学模型，并应用三维等参数单元法对轴类零件进行了强度分析和计算。计算采用了ANSYS分析软件，利用该软件的自动网格划分技术对分析对象进行了10节点或20节点等参数单元划分。针对实体结构存在小角度问题给网格划分带来的困难，本文对结构进行了必要的简化，并通过两种简化方式的计算对比，从中选择了较为合理的一种，使计算结果更为准确。在对电泵机组轴类零件强度分析的基础上，又根据分析计算结果对其进行了结构优化设计。计算结果表明，对于潜油泵轴，应力较大点主要集中在轴的花键部位，特别是花键根部应力集中最大，是潜油泵轴强度的最薄弱点。实践证明，轴断部位基本集中在潜油泵轴花键的根部，说明计算结果和实际是吻合的；对于潜油电机轴，应力集中点主要处在轴承键与环槽的交界处和花键的根部。在轴的安全性上，对Φ17.4mm泵轴计算结果是不安全的；对Φ22.2mm泵轴计算结果是安全的；对Φ30.2mm电机轴计算结果是安全的，而且还有较大的功率输出空间。通过结构优化设计，使轴的强度得到明显的改善。其中对Φ17.4mm泵轴的优化，通过增大花键内径，提高了花键齿底的强度，降低了应力集中点附近的应力；对Φ30.2mm电机轴的优化，通过在轴承键的环槽端增加倒角，有效降低了该位置的应力集中，使轴的最大应力点从轴承键与环槽的交界处转变到花键根部与收尾的交界处，提高了电机轴整体结构强度的合理性。本文在国内首次利用有限元法对潜油电泵机组轴类零件进行高精度强度分析和计算，它克服了传统工程计算方法的局限性，对优化设计电泵机组轴类零件的结构，提高轴类零件的承载能力，从而提高整机的设计水平都具有重大意义。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TH133.2
【图文】：

示意图,花键,示意图,节点号

花键槽收尾末端补个小台阶，消除小角度问题，见图6.1所示。该台阶对该部分应力计算结果有影响，但是该部分不是最大应力区，且离最大应力区有一定的距离，因此并不影响整体计算结果的分析。图6.1花键槽收尾末端补台阶示意图6.1.3山22.Zmm潜油泵轴的计算结果分析6.1.3.1采用方案一计算结果分析段总长158mm，共计划分31570个单元，46543个节点。单元网格划分结果见图6.2。有限元计算结果见图6.3一图6.7应力等值线图。表6.3一表6.6列出的是典型位置节点当量应力值。计算结果表明花键齿根与花键收尾交界处所受的应力值最大，最大计算值为9巧.61Mpa(节点号223):最大应力值附近单元节点的应力值降为669.3IMPa(节点号219);受力侧齿顶最大应力值仅为256.3MPa(节点号811);花键收尾末端(与轴外表面交接处)最大应力值为413.99MPa(节点号90)。说明花键的危险部位在花键齿根与花键收尾的交界处。轴的其它部位，卡簧槽底最大应力值为651.98MPa(节点号122);轴外表面最大应力值为431.7MPa(节点号83)

单元网格,方案

采用方案一单元网格划分结果

【引证文献】