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压缩机底架及轮轴的强度有限元分析

发布于:2026-06-10 21:05
有限元分析

      移动螺杆压缩机因其配备轮胎能够灵活移动的特点,经常使用在地处偏僻、人迹罕至的矿山、石场、高原和沙漠等环境和气候非常恶劣的地方,所以对压缩机的可靠性、耐用性要求非常高。以采石场为例,移动螺杆压缩机必须跟随钻机经常变换位置以便钻取多个钻爆孔,采石场的道路都是崎岖不平、上下颠簸的,有些甚至都没有道路,恶劣的道路环境对压缩机的底架及行走轮轴的可靠性要求极高;过去工程师们在设计底架及行走机构轮轴时,为了提高可靠性总是会将底架的钢板设计很厚、轮轴设计很粗,以避免在恶劣的山区、采矿场、采石场等移动时发生严重的底架变形或者轮轴断裂,而引起压缩机失效,又或者是迫于成本的压力,选择较薄的钢板、较细的轮轴,大大降低了底架及轮轴的强度,引起底架及轮轴失效,这样不仅会引起客户的损失,还会导致压缩机制造企业的品牌受损。所以底架及行走轮轴的应力计算和强度有限元分析成为移动式压缩机设计过程中至关重要的一道程序。
      利用有限元分析软件对机器零部件进行强度分析是现代机械制造技术中的一个重要手段。分析零部件在一定载荷作用下的变形、应力,可以预知零部件是否满足强度要求,从而保证其可靠性。本文以单轴、可移动空气螺杆压缩机为研究对象,通过建立有限元分析模型,按照压缩机实际布局的重量分布,给有限元模型施加相应的载荷及约束,并结合材料力学,对底架及行走轮轴的强度进行了详细分析,查找出变形较大、应力集中的部位,针对变形较大、应力集中的部位进行了优化设计,并再次运用ANSYS分析软件,分析校核了优化后的模型的力学强度,检测了模型的安全可靠性,也为同类型的底架及行走轮轴的设计提供了理论依据。
      要对底架进行变形分析计算,首先要建立三维模型。利用UG三维绘图软件,依据压缩机机组整体布置的要求建立底架的三维模型,底架模型通常都是装配体模型,其零部件的形状采用直钢板通过折弯成形,折弯板之间通过焊接牢固的连接在一起,形成整体式底架,为了减少不必要的工作量,节省网格的划分及计算的时间,由于考虑的是底架的整体应变,在建立几何模型时,将一些对分析结果影响较小的因素做了适当的简化。
      1)为了减少网格的划分时间及保证网格质量,删除了螺纹安装孔、删除了较小的圆形及方形的开孔。
      2)将焊接部件之间的连接通过布尔运算,将底架装配模型中的零件合成一个整体。
      3)通过软件的wave链接命令将与底架直接相接触的载荷面及约束面链接至模型,以便在有限元模型中准确地施加载荷及约束。
      4)所有载荷平均地施加在载荷面上,并结合压缩机机组实际布置情况,对各面承受的实际载荷进行了分布计算。
      单轴,可移动式螺杆压缩机的底架的初始设计的实体模型如图所示,利用UG三维设计软件建立的三维实体模型,并依据上述的3条要求对模型进行了相应的简化,转换成X-T格式的文件后导入到有限元计算软件ANSYS中计算。
      由于轮轴的模型相对比较简单,只需要通过UG三维绘图软件通过简单的布尔运算将模型合并成一个整体即可,无需做其他的简化处理,由于模型简单,为提高计算的精度,可以将模型的网格通过设置做精细化处理,而无需增加过多的计算时间,轮轴初始设计的实体模型如图2所示,利用UG三维设计软件建立的三维实体模型简单处理后,装换成X-T格式的文件后导入到有限元计算软件ANSYS中进行强度计算。
      ANSYS的网格划分的详细设置中,对于结构的静力分析,由于底架实体模型空间结构相对复杂,网格模型采用了自由网格划分,生成了四面体网格划分,网格精度设置为中等精度,而轮轴的实体模型为可扫掠体,轮轴采用了扫掠方法,生成了四面体网格,对网格的密度做了精细化控制。



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