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在大流量往復(fù)泵中，五缸泵的參數(shù)覆蓋范圍較三缸泵有明顯優(yōu)勢(shì)，且流量不均勻系數(shù)明顯小于三缸泵，效率也高。因此，在提高反滲透海水淡化用泵效率研究的課題中，針對(duì)反滲透海水淡化高壓泵的能耗狀況，通過對(duì)不同類型泵的特性分析，設(shè)計(jì)生產(chǎn)了一臺(tái)五缸高壓往復(fù)泵作為日產(chǎn)2500ｔ海水的反滲透海水淡化裝置主要?jiǎng)恿υO(shè)備的試驗(yàn)樣機(jī)。該泵在往復(fù)泵中屬于流量較大、壓力較低的泵型，通過針對(duì)性地有限元分析，可使泵的總體結(jié)構(gòu)更為緊湊合理。曲軸是其中最關(guān)鍵的受力零件之一，對(duì)整機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有著重要影響。因此，曲軸的設(shè)計(jì)成為整臺(tái)泵設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
用傳統(tǒng)的力學(xué)方法進(jìn)行曲軸疲勞強(qiáng)度分析，由于公式繁瑣，計(jì)算量大，整個(gè)過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且由于在推導(dǎo)應(yīng)力公式的過程中作了很多假設(shè)，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果存在較大誤差。本研究立足于五拐三支承整體曲軸，利用有限元軟件對(duì)曲軸進(jìn)行模態(tài)法瞬態(tài)響應(yīng)分析，得到最危險(xiǎn)點(diǎn)及其應(yīng)力值，再對(duì)疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。該方法為曲軸設(shè)計(jì)提供了一種高效、可靠的疲勞校核途徑。
曲軸剛體動(dòng)力學(xué)分析模型中，曲軸為剛性體，在完成各連接及外載荷后，將模態(tài)分析得到的中性文件(＊ｍｎｆ)通過ＭＳＣ.Ａｄａｍｓ/ＦＬＥＸ導(dǎo)入ＭＳＣ.Ａｄａｍｓ替換原剛性曲軸，從而得到用于分析柔性體曲軸的動(dòng)力學(xué)分析模型。
根據(jù)零件間的實(shí)際運(yùn)動(dòng)關(guān)系將運(yùn)動(dòng)副簡(jiǎn)化成ＭＳＣ.Ａｄａｍｓ中的理想約束：曲軸與連桿為鉸接副，柱塞與機(jī)體為移動(dòng)副，曲軸與機(jī)體為鉸接副，十字頭與連桿為鉸接副連接，機(jī)體與地基為固定副。由于鉸接副不能直接作用在柔性體上，因此，在柔性曲軸與連桿的連接處建立無質(zhì)量剛性小球(啞物體)，將啞物體與柔性曲軸固定連接，啞物體與連桿以鉸接副連接。以曲軸與機(jī)體轉(zhuǎn)角φ為自變量，計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸入扭矩：將扭矩輸入ＭＳＣ.Ａｄａｍｓ形成ＳＰＬＩＮＥ線，設(shè)定輸入力矩函數(shù)并加載，并在各柱塞前依次(按圖，從左到右排列為1至5)加載柱塞力，然后提取連桿對(duì)曲柄銷作用力曲線及支承處的支反力曲線，圖為柱塞力曲線。圖為第1拐連桿對(duì)曲柄銷作用力曲線，圖為Ａ點(diǎn)支反力曲線。
首先在ＭＳＣ.Ｎａｓｔｒａｎ中定義各場(chǎng)(ｆｉｅｌｄ)，即把在ＭＳＣ.Ａｄａｍｓ中生成的曲軸各載荷譜以場(chǎng)(ｆｉｅｌｄ)的形式導(dǎo)入到ＭＳＣ.Ｎａｓｔｒａｎ中，以便加載時(shí)可以調(diào)用，所定義的各場(chǎng)分別是按時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)載荷。
曲軸最危險(xiǎn)相位是指曲軸在旋轉(zhuǎn)一周過程中曲軸上出現(xiàn)最大應(yīng)力時(shí)的轉(zhuǎn)角位置。為此，需對(duì)曲軸進(jìn)行瞬態(tài)分析，分析前首先將一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期(360°)進(jìn)行離散，離散角取為9°，即每隔9°計(jì)算一次各曲柄銷的應(yīng)力值，在一個(gè)周期內(nèi)共計(jì)算40次，然后找出所有計(jì)算相位角中的最大應(yīng)力，該最大應(yīng)力所在的位置即為該曲軸的最危險(xiǎn)點(diǎn)，其轉(zhuǎn)角即為最危險(xiǎn)相位。
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