往复泵曲轴受力分析

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1、第10卷第31期2010年11月科学技术与工程Vol.10No.31Nov.20101671—1815(2010)31-7740-05ScienceTechnologyandEngineering2010Sci.Tech.Engng.往复泵曲轴受力分析汪历孙付春(成都大学，成都610106)摘要五缸往复泵相比同功率三缸泵具有体积小，运移方便等优点，五缸泵由于考虑到平衡，在曲轴上曲拐的分布上具有明显的特点，相邻曲拐间的角度是144°，这样曲轴受力状态更加复杂。尤其是增加曲轴轴承约束后，产生的静不定问题。通过建立曲轴以角度为变量的受力表

2、达式，利用Mathcad软件得到曲轴在各个状态的受力状况，同时通过Ansys有限元分析工具得到各个状态的应力分布图，得出五拐曲轴扭矩更加平稳的结论，解释了为何正常工况下使用顺时针，即便是逆时针对曲轴强度更有利。对曲轴的校核和做进一步的优化有重要参考价值。关键词五缸曲轴受力分析有限元中图法分类号TH123．3;文献标志码A目前往复泵大多是三缸泵，体积大，质量重，安装拆卸都不方便，而且由于实际作业要求往复泵朝着大功率，大排量方向发展。五缸泵相比同功率三缸泵有体积小，质量轻，运移方便等优点，因此发展迅速。曲轴是往复泵内的重要基础零件，几何外

3、形复杂，受到周期循环外力作用，用材料力学，理论力［1］学等知识对其进行应力计算难以实现，通过对曲轴工况及运动分析，对曲轴在各个角度时受到的外图1单缸机构的曲轴运动图力进行计算，运用有限元方法对曲轴进行强度分对于机构的运动学受力分析来说，定义方向是析。为曲轴设计和优化提供有力参考依据。相当重要的。本文把上及左定义为正方向，如图1中的y，z方向。曲轴各个相邻曲柄之间的角度间隔1曲轴的运动和参数设置为144°。传统三缸泵曲轴相邻曲柄的角度间隔为120°，曲轴曲柄的工作顺序为:①→①③→③→②③在往复泵中，曲柄连杆机构的作用是把原动机→②→②

4、①→①。五缸泵曲柄曲轴的工作顺序为:的旋转运动转化为活塞的往复运动，同时把原动机③⑤→②③⑤→②⑤→②④⑤→②④→①②④→的机械能传给所输送的液体。而曲轴工作时，作用①④→①③④→①③→①③⑤这样的好处在于，工在曲柄连杆机构上的力有:作用于活塞上的液体压作时至少有两个不相邻的曲柄在工作，且能保证它力，运动构件的惯性力;运动副中的摩擦力;运动构调节整个曲轴的受力，保证杆的平稳受力。结合某件的重力和作用在曲柄上的驱动力等，如图1型五缸往复泵对曲轴进行受力分析．该曲轴三维模［2，3］所示。型如图2所示。其具体参数如下。2010年8月3日收到

5、成都大学2010自然科学(1)曲柄旋转角度关系青年基金(2010XJ204)资助i=0，…，1080;第一作者简介:汪历，四川人，硕士研究生，研究方向:机械设计。31期汪历，等:往复泵曲轴受力分析7741i，i＜360点宽度w0=0．143m;输入转矩Mc=65750N·m;ji={i－360，360≤i＜720斜齿轮传动时产生的径向力与齿轮重力形成的弯i－720，720≤i＜1080;矩M0=F0w0=－6999N·m2π2πφ1i=，φ2i=(i+144);360360斜齿轮传动时产生的周向力形成的弯矩2πφ3i=(i+72×4)

6、;Mh=Ftw0=14565N·m3602π2πφ4i=(i+72);φ5i=(i+72×3)。2曲轴的受力分析3603602．1曲轴连杆机构的惯性力的计算由于曲轴所受的力通过连杆作用于十字头上，所以通过求出十字头上的力，便能反求出曲轴受［3］力，图3是单曲柄机构的工作示意图。图2曲轴三维模型其中:i表示第一个曲柄相对水平方向的旋转角度(单位是度)，由于有五个曲拐，相邻曲拐间隔144°，因此第一个曲拐旋转了1080°才能保证所有曲拐相图3单曲柄连杆机构运动示意图对水平方向旋转了360°，因此i取0°到1080°。(2)几何尺寸及炙力数

7、据机构(包括十字头、活塞、部分连杆质量)的惯连杆的长度L1=0．6528m;连杆转化质量，包性力(z方向)为括活塞，活塞杆十字头部件质量，记为m1=265kg;f(i)=mrω2(cos(φ)+λcos(2φ))(1)ik11ki1ki5作用于活塞端的液压力为F活塞=5．016×10N;曲其中:i表示曲柄旋转角度(0°到1080°);柄半径r1=0．1449m;曲柄半径与连杆长度比λ1=k表示曲拐号(1到5)。r12．2十字头在运转过程中受到的y方向的力的=0．222;曲轴转速=82r/min;活塞与缸套间的L1计算摩擦系数μm=0

8、．1，十字头和滑道之间的摩擦系数由于泵在吸入过程中连杆的受力较小，可以认μ2=0．1;活塞与缸套间的摩擦力Pmp=39220N;自为正压力为0。其计算方法为身重力引起的摩擦力Fmx=262．8N;曲轴和连杆质(F+P+f