大家都知道，無論是什么樣的機(jī)械，最初都是從圖紙開始做出來的，然后需要對性能進(jìn)行一定的測試。對于風(fēng)機(jī)來說風(fēng)機(jī)葉輪是非常重要的部件，在這里我們就來介紹叉車散熱風(fēng)機(jī)葉輪的有限元強(qiáng)度分析。
葉輪是風(fēng)機(jī)的核心部件，其結(jié)構(gòu)包含前盤、葉片、后盤、軸盤。由于葉輪是高速旋轉(zhuǎn)的部件，為了其穩(wěn)定性在制作時(shí)一般用料較厚。為響應(yīng)公司降低成本、優(yōu)化結(jié)構(gòu)的號召，應(yīng)用ANYS workbench對0473X9D的葉輪進(jìn)行強(qiáng)度分析，使其在強(qiáng)度、性能不變的情況下減少料厚，降低制作成本，同時(shí)也為類似風(fēng)機(jī)的料厚選用提供參考。
風(fēng)機(jī)葉輪
葉輪型線比較復(fù)雜，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，其應(yīng)力應(yīng)變的計(jì)算具有一定難度。由于算法不同，通過理論計(jì)算得到的結(jié)果也相差較大。既無法考慮到葉輪局部結(jié)構(gòu)的受力情況，也無法精確的體現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。如采用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行應(yīng)力測試，不僅時(shí)間、成本上投入大，也具有一定的危險(xiǎn)性。結(jié)構(gòu)有限元法能充分考慮到葉輪結(jié)構(gòu)的變化、各種邊界條件及約束，可以有效、清晰的反映葉輪的應(yīng)力和變形情況。應(yīng)用ANSYS Workbench對結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析是現(xiàn)階段世界上的主流算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可對葉輪的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)，提高材料的利用率。
對原有葉輪進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析
1.模型的建立與在喝的添加
①按標(biāo)準(zhǔn)圖紙?jiān)趕olidworks中建立葉輪的實(shí)體模型，為了保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，不做簡化處理。葉輪實(shí)體模型如下：
1.1風(fēng)機(jī)葉輪模型
②材料參數(shù)設(shè)置：彈性模量2.12E+11N/m2，泊松比0.288，密度7.85kg/m3;
③劃分網(wǎng)格：采用自由網(wǎng)格方式劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分如下圖：
1.2 葉輪模型劃分網(wǎng)格
④施加約束與載荷：施加XYZ方向上的位移約束、施加葉輪的轉(zhuǎn)速條件，9D風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)。
在葉輪強(qiáng)度計(jì)算中，氣動(dòng)力較小，相對于葉輪的離心力來說小得多。在考慮一定安全系數(shù)的情況下，氣動(dòng)力對葉輪的強(qiáng)度影響可以忽略，因此整個(gè)葉輪只考慮離心力的影響，離心力通過對葉輪施加角速度載荷來實(shí)現(xiàn)。
2.結(jié)果分析
葉輪材料用Q235A，材料的許用應(yīng)力為235MPa，計(jì)算結(jié)果如下：
1.3 葉輪等效應(yīng)變Equivalent Elastic Strain圖(m)
1.4 葉輪等效應(yīng)力Von-Mises圖(Pa)
1.5 葉輪的總變形Total Deformation圖(m)
由分析結(jié)果可以看出，圖片可以直觀地顯示出葉輪整體的應(yīng)力應(yīng)變情況，轉(zhuǎn)速為1450rpm時(shí)，葉輪的最大應(yīng)力為119.3MPa，最大應(yīng)變?yōu)?.067mm，應(yīng)力出現(xiàn)在葉片中間、葉片與前盤相交靠近出口的地方。分析葉輪整體應(yīng)力分析，可發(fā)現(xiàn)除葉片的入口中間處、前后盤與葉片相交處應(yīng)力值較大外，其余部位的應(yīng)力值較小;故可通過降低料厚的方法來降低生產(chǎn)成本。
3.結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)
根據(jù)上面分析結(jié)果，對葉輪的改進(jìn)方法如下：葉輪整體結(jié)構(gòu)尺寸不變，前盤有4mm減薄為3mm，葉片由5mm減薄為4mm，后盤由6mm減薄為5mm，葉輪入口應(yīng)力大的地方加一圈Φ8的圓鋼加強(qiáng)筋。
結(jié)構(gòu)更改后，葉輪模型如下：
劃分網(wǎng)格
分析結(jié)果如下：
2.3 葉輪等效應(yīng)變Equivalent Elastic Strain圖(m)
2.4 葉輪等效應(yīng)力Von-Mises圖(Pa)
2.5 葉輪的總變形Total Deformation圖(m)
由上圖可以看出，葉輪用料減薄后，葉輪最大應(yīng)力為52.19MPa(小于235MPa)，最大應(yīng)變?yōu)?.093mm，應(yīng)力應(yīng)變的最大位置是葉片的出口中間處、葉片與前盤葉輪的相交處，整體的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)匀环弦蟆８暮笕~輪重量由原來的85kg降低到64kg，有效的降低了材料成本。
結(jié) 論
通過對葉輪的分析表明，原有葉輪結(jié)構(gòu)安全余量較大，可以進(jìn)一步對材料厚度進(jìn)行優(yōu)化;更改后分析結(jié)果表明，葉輪應(yīng)力仍然滿足要求。在尺寸、性能不變的前提下，更改后的結(jié)構(gòu)能有效地降低材料成本，為相似結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)葉輪優(yōu)化提供了理論依據(jù)。
綜上所述，通過上面這篇文章大家可以看出來，制作風(fēng)機(jī)葉輪絕對不是一件簡單的差事，需要進(jìn)行合理的規(guī)劃，還需要找到合理的材料來進(jìn)行制作，這樣制作出來的風(fēng)機(jī)葉輪才是合格的風(fēng)機(jī)葉輪。叉車散熱風(fēng)機(jī)的有限元強(qiáng)度分析需要遵守嚴(yán)格的流程。
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