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ag旗舰厅在线下载离心风机叶轮计算及结构改进

2020-06-22 14:29
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  273离心风机 叶轮计算 结构改进 关键词 离心风机叶轮计算及结构改进 610045 成都电力机械厂 四川成都- 旷红梅 摘要: 本文采用有限元方法对离心风机叶轮进行计算,得出叶片出现弯曲变形的原因,通过对叶轮进行结构改进,叶片不再产生弯曲变形,可安 全可靠运行。 一个最大优势[3]。 2.2.SolidWorks 软件在高级装配设计中的 应用 2.2.1. 自底向上的机械零件高级装配设计 方法 遵照机械设计厂家对产品装配关系的要求, 设计者可以利用SolidWorks 软件系统中的一系 列零件来使机械设计出来的零件产品满足产品 设计方案的装配要求,这种机械零件的装配设 计被称为自底向上的装配设计方法。由于此种 零件装配设计方法主要是按照人们的逻辑思维 模式来进行的,因此具有应用起来十分简单便 捷的优点。然而,应用这种高级装配设计方法 来进行机械零件设计的建模时,必须要保证零 件各项参数的精准无误,否则很容易导致零件 与装配设计方案不相符的现象发生。除此之外, 在对机械零件进行装配之前,零件设计者应严 格的对零件的尺寸进行测量,并将零件之间的 装配关系熟练掌握[4]。 2.2.2. 自顶向下的设计方法 所谓的自顶向下的机械零件高级装配设计 方法主要是指,机械设计人员要在对现有的机 械零件实体进行装配时,适当的借鉴部分零件 的特征,并据此确定其他机械零件装配特征的 一种设计方法。由于此种零件装配设计方法具 有较高的难度,因此机械零件装配设计人员在 进行设计时不仅要具备较为明确、清晰的设计 思路,还要保证足够的耐心与细心。并且由于 此种设计方法具有联动性的特征,因此,零件 设计一旦开始,就会对其他的设计产生影响[5]。 此种机械零件装配设计方法的优点是,联动性 的设计能够在很大程度上省去设计者一次次修 改的麻烦,降低工作的错误率,提高工作效率, 而此种设计方法的缺点则是难度较大,许多设 计者不能很好地掌握要领,致使设计工作的事 结束语随着我国计算机硬件性能的不断强化与科 学技术的不断发展,SolidWorks 软件系统也被 不断的更新,发挥出更为强大的优势,并有力 地推动了我国机械设计产业的发展与进步。本 文主要对我国SolidWorks 软件系统在机械设计 中的应用进行了介绍与分析,以期使人们更加 了解这一技术的优越性能,帮助机械设计者提 高其工作的效率。 参考文献: 画演示与运动分析实例解析[M].北京:机械工 业出版社,2012,15(6):125-128. 2006中文版机械设计高级运用实例[M]. 北京: 机械工业出版社,2011,13(7):123-125. 赵万生.SolidWorks在工业造型设计中 的应用[J]. 机械设计与制造,2009,10(8): 156-158. 朱金权.SolidWorks软件在机械设计中 的应用与研究[J]. 新技术新工艺,2009,11(2): 41-44. 宁朝阳,皮智谋,任成高等.SolidWorks软件在机械设计中的应用[J]. 现代机械, 2010,17(2):43-44. 引言 离心风机应用广泛,叶轮作为离心风机实 现能量转换的核心部件,其力学性能的好坏直 接关系到离心风机的安全可靠运行。离心风机 的叶轮一般由等厚度钢板制成的前盘、叶片、 后(中)盘焊接而成。其焊接顺序是先将叶片 与后(中)盘进行焊接,随后将前盘与叶片进 行焊接。采用传统的计算理论时,主要在假定 或近似的基础上对叶轮的强度进行计算[1]。图 为某型号的离心叶轮,按传统的经验公式计算该叶轮能满足强度要求,但现场风机运行一段 时间后出现叶片入口边弯曲变形。本文通过对 叶轮进行有限元分析得出该离心叶轮叶片入口 处出现弯曲的原因,并对叶轮进行结构改进, 有效地解决了弯曲问题。 建立模型离心风机叶轮采用相似设计,当风机型号 和叶轮外径确定时,叶轮流道各部位的几何尺 寸随之确定。而结构中的倒角、倒圆角和直径 较小的螺纹孔等对结构影响不大,若在模型中 建立这些特征反而会增加网格划分难度和计算 量。所以在建立叶轮的三维模型时可以忽略掉 这些特征。在三维建模软件中对离心风机叶轮 进行参数化设计,完成后的叶轮仅需在参数中 输入机号、前盘厚度、叶片厚度、中盘厚度及 中盘内径等(见图2),更新即可生成叶轮的三 维模型(见图3)。图中叶轮直径为1200mm, 叶片厚度6mm,前盘厚度8mm,中盘厚度10mm, 转速为1490r/min。 有限元分析进入有限元分析模块,ag旗舰厅在线下载叶轮材料为合金刚, 泊松比为V=0.3,屈服强度为345MPa,极限拉 伸强度为470MPa,密度为7840kg/m3,杨氏弹 性模量为200GPa。叶轮中盘止口处与轮毂之间 通过螺栓连接,并与主轴一起绕其轴线旋转, 对叶轮内孔及止口施加固定约束。离心叶轮在 运行过程中主要受两种载荷作用,一是由于叶 轮旋转产生的离心力,另一个是气动力对叶轮 产生的气动载荷。气动力相对于离心力对叶轮 的强度影响很小,可以忽略不计。对叶轮施加 274 轻量化 铝合金 固溶热处理 关键词 汽车发动机铝合金缸盖固溶热处理生 产线 郑州经贸职业学院机电工程系 河南郑州- 450007机械工业第六设计研究院有限公司 河南郑州- 摘要:为了满足汽车工业减轻车身重量的需求,铝合金发动机的应用越来越普遍,保证铝合金发动机质量的关键设备之一的热处理设备的质量烝 待提高,为此研究开发了既能大批量处理、又有高温度均匀性和先进自动化控制的铝合金缸盖固溶热处理全自动生产线r/min 的离心力,划分网格见图4。 网格化叶轮2.1. 应力分析 对叶轮进行应力分析,应力云图见图5, 最大应力为297MPa,出现在叶片进口边与前 盘交接处。叶轮最大应力297MPa 小于许用应 力345MPa。叶轮的变形图如图6,最大变形为 2.13mm,位于叶片入口边。 位移云图2.2. 模态分析 对叶轮内孔及止口施加固定约束,进行模 态分析。根据振动理论,叶轮振动过程中的能 量主要集中于一、二阶频率处,当叶轮的旋转 频率与其固有频率重合或呈整数倍,则叶轮与 激振频率之间就会发生共振,以至对叶轮造成 巨大的损坏[2]。此处重点关注叶轮的前两阶固 有频率,如图7 所示。 该风机的工作转速为1490r/min,即外部激 振频率为24.83HZ。叶轮的前两阶固有频率与叶 轮的工作频率的4 倍频避开2.15HZ,避开率不 足10%。当叶轮运行一段时间后,由于磨损、积 灰等因素会导致叶轮固有频率的下降,出现避 开率逐渐减小,进而可能发生共振。 由此可以判断,叶片入口处刚性不足以及 叶轮的第一阶、第二阶固有频率与激振频率避 开率不足是导致叶轮变形的主要原因。 叶轮模态分析2.3. 结构优化后应力分析 如需要减小叶轮变形量,可以增加叶片 的整体厚度。但是增加叶片厚度后整个叶轮的 离心力增大,对后盘的作用力也增大,不利于 风机的安全运行。可仅对变形量大的叶片入口 位置增加护板,改进后叶片的最大应力减小为 204MPa,最大变形量减小为0.97mm,如图8 所示。 叶轮的最大应力减小了31%,最大变形量减少了 54%,同时由于仅对叶片入口位置进行加强,能 节约材料,降低整个转动组的转动惯量,有利 于风机的安全运行。 结构优化后的应力云图及位移云图2.4. 结构优化后模态分析 叶轮结构优化后模态分析对叶轮后盘内孔处施加固定约束,经过模 态分析,其前两阶固有模态如图9 所示。 第一二阶固有频率分别为 109.8HZ 109.9HZ,为叶轮的整体摇摆。叶轮的前两阶固有频率与叶轮的工作频率24.83HZ 及其倍频均 不重合,与工作频率的4 倍频避开10.48HZ,避 开率达42.2%,表明工作过程中不存在共振情况。 结论3.1. 通过三维软件建立叶轮的参数化模型, 在参数中输入几个独立变量的数值,ag旗舰厅在线下载更新模型 即可得到叶轮的三维模型,为优化设计提供方 3.2.通过有限元分析得出叶片入口处刚性 不足以及叶轮的第一阶、第二阶固有频率与激 振频率的倍频避开率不足是导致叶轮变形的主 要原因。 3.3. 传统的离心叶轮计算主要从强度方面 进行计算,没有刚度和频率方面的计算,所以 采用有限元方法对叶轮进行全面的分析十分必 要,能为结构优化指明方向。 3.4. 根据有限元分析结果得出叶轮最大应 力出现在叶片与前盘交接处,严格控制焊接工 艺,改善叶片与前盘和后盘之间的焊接质量, 避免焊缝出现应力集中,对改善叶轮的应力状 况有重大的作用。 3.5. 叶轮改进设计后,经过电厂实际运行 证明该叶轮不再产生弯曲变形,可安全可靠运 商景泰.通风机手册[M]. 北京: 机械 工业出版社,1994:211. 周里群,李玉平.大型风力 机复合材料叶片结构动力特性分析[J]. 机械强 度,2014(1):105-109. 心叶轮裂纹分析与改进设计[J].风机技术, 2012(6):42-45. 随着汽车工业新技术的迅猛发展,为了减 轻车身重量,越来越多的轿车的发动机选用铝 合金材质,汽车轻量化是提高汽车燃油经济性、 节约能耗的重要措施和必然趋势,因此,汽车 轻量化在实际应用中有着巨大的意义。2008 月,美国总统布什签署了能源法案:要求2020 年前,汽车行业必须使美国生产的汽车平 均节油量提高40%。由于铝合金有减重、节能 和更好的回收再生性,因此铝合金在汽车中的 使用量势必要呈逐年上升的趋势。随着铝合金 在汽车中的应用越来越广泛,开发出一种铝合 金固溶热处理工艺的连续式热处理设备成为制

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