大型隔膜泵動力端連桿的強度分析與結構改進

張國峰

（中國有色（沈陽）泵業有限公司，遼寧 沈陽 110144）

大型隔膜泵動力端連桿的強度分析與結構改進

張國峰

（中國有色（沈陽）泵業有限公司，遼寧 沈陽 110144）

連桿作為隔膜泵動力端的重要關鍵件，其結構與運行特性對隔膜泵的整機安全性與使用效果有著重要的影響。本文利用國際上通用的有限元分析軟件ANSYS對不同結構動力端連桿進行強度分析與校核，通過對比研究得到結構最優的動力端連桿結構，為大型隔膜泵動力端相關零部件的設計提供了一定的理論指導。

大型隔膜泵；連桿；強度分析

0.前言

大型隔膜泵作為固-液兩相流體輸送的關鍵核心設備，已在石油化工、有色金屬、礦山冶金等工業領域得到了廣泛地應用。隔膜泵的主體結構包括動力端、液力端和液壓控制系統等幾個部分。其中，作為與隔膜泵動力端曲軸裝配的連桿，在隔膜泵的實際運行中主要承受較高的余弦力載荷。該件的設計不僅要保證充足的裝配和拆卸空間，還要使其滿足結構強度的要求，從而避免產生應力集中而導致連桿因應力集中發生疲勞斷裂。本文采用國際上通用的大型有限元分析軟件ANSYS對不同結構的連桿進行強度分析，并對分析結果進行對比研究。從而確定最佳的結構特征。其分析方式、手段及計算結果對泵類產品的設計研發具有一定的現實指導意義。

1.動力端連桿的強度分析

1.1 材料特性

對大型隔膜泵動力端連桿進行強度分析計算，連桿載荷及材料性能連桿大端與曲軸聯接，小端與十字頭銷聯接。采用ANSYS分析軟件對動力端連桿承受活塞力載荷為800kN時的強度進行分析計算，連桿材料為ZG35CrMo（調質處理），材料的彈性模量為172GPa～202GPa，泊松比為0.3。

1.2 有限元模型與計算結果

連桿有限元計算采用六面實體單元使用solid45，網格尺寸為20mm，連桿有限元計算時生成47973個單元，10590個節點。由于連桿為對稱結構，故取1/2模型進行有限元分析。連桿力按余弦曲線分布規律以分布力方式施加于連桿與曲軸銷、連桿與十字頭銷接觸的弧面上；在連桿對稱面的大端中間點施加X、Y兩個方向的約束；連桿中點施加Z方向的約束；連桿小端施加Y方向約束。連桿加載及約束方式如圖1所示。連桿變形分布圖和應力分布云圖分別如圖2和圖3所示。

對連桿小端孔進行改造，得到全新的動力端連桿結構。采用相同的邊界條件得到新結構連桿的分析結果，如圖4和圖5所示。

結論

本文利用有限元分析軟件ANSYS對大型隔膜泵動力端進行強度分析，并根據計算結果對比，得出的結論如下：

（1）兩種結構隔膜泵動力端連桿在相同工況最大應力均位于內側圓弧處；最大變形均位于連桿小端。

（2）對比兩種連桿的分析結果可知，改進結構的連桿應力集中程度更小，因此也具有更好的使用特性與安全性能。

［1］《活塞式壓縮機設計》編寫組.活塞式壓縮機設計［M］.北京：機械工業出版社，1974.

［2］郁永章.容積式壓縮機［M］.北京：機械工業出版社，2000.

［3］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2002.

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