往復泵介桿的有限元分析方法

介桿是往復泵中連接活塞桿與十字頭的重要零件。通過分析介桿的結(jié)構(gòu)特點及受力情況，基于ANSYS 有限元分析軟件平臺，利用不同加載方式對其進行強度分析，并結(jié)合理論計算結(jié)果，提出了介桿有限元分析的合理方法。

前言

介桿(見圖1)是往復泵中連接十字頭與活塞桿的重要零件，其右側(cè)大端面通過螺栓與十字頭聯(lián)接在一起，左側(cè)靠卡箍與活塞桿連接。通過分析介桿的應(yīng)力分布及*大應(yīng)力值，計算其**系數(shù)，可以校核零件的強度是否滿足使用要求，并為優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。

圖1 介桿示意圖

1. 活塞桿端 2. 十字頭端

本文通過對比介桿在不同加載方法下的應(yīng)力結(jié)果，結(jié)合理論計算，提出了介桿有限元分析的相關(guān)建議，為介桿的合理分析提供了幫助。

1、介桿的有限元分析

(1)十字頭端約束法

由于介桿為對稱式結(jié)構(gòu)，所以采用1/4 模型分析：在對稱面施加對稱約束；在與十字頭聯(lián)接面施加軸向約束；在與活塞桿聯(lián)接面施加相當于135 t的壓力，得到的有限元模型如圖2 所示。

圖2 介桿有限元模型

(2)活塞桿端約束法

采用1/4 模型分析：在對稱面施加對稱約束；在與活塞桿聯(lián)接面施加軸向約束；在與十字頭聯(lián)接面施加相當于135 t 的壓力，得到的有限元模型如圖3所示。

圖3 介桿有限元模型

(3)裝配體分析法

采用十字頭、介桿、與活塞桿裝配體的1/2 模型分析，視活塞桿與介桿為一體(即聯(lián)接面上的節(jié)點一致)，在活塞桿與十字頭接觸面設(shè)置接觸；在對稱面施加對稱約束；在十字頭與下滑板接觸處施加徑向約束；在活塞桿左側(cè)端面施加軸向約束；在十字頭銷孔處施加相當于135 t 的余弦力， 得到的有限元模型如圖4 所示。

圖4 裝配體有限元模型

(4)計算結(jié)果

根據(jù)上述分析方法，A、B、C 3 處應(yīng)力值對比如表1 所示?？梢钥闯觯? 種計算方法對A 處應(yīng)力值影響不大。十字頭端約束法與裝配體分析法的B 處和C 處的應(yīng)力值較為接近， 且與第1 種計算方法差距較大。

表1 有限元分析結(jié)果對比

2、介桿應(yīng)力值的理論計算

介桿在工作過程中， 主要受到壓力的作用，由于A 處、B 處與C 處均為應(yīng)力集中部位， 故對此3處采用應(yīng)力集中因子與理論應(yīng)力值乘積的方法進行實際應(yīng)力值的計算。計算結(jié)果如表2 所示。

表2 介桿理論計算結(jié)果

3、結(jié)語

本文首先運用有限元分析方法， 基于ANSYS平臺，分別用3 種加載方式對介桿進行了有限元計算，然后利用理論計算方法依次計算了介桿A、B、C處的應(yīng)力值。通過對比各個計算結(jié)果，可以看出活塞桿端約束法與其他算法的計算結(jié)果相差較大。綜合計算效率、計算準確性等因素，建議采用十字頭端約束的有限元分析法。