子模型法在隔膜泵曲轴分析中的应用
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共 同作用 下工 作 的 ， 曲轴 既扭转 又 弯 曲 ， 生疲 劳 使 产
件 之一 。曲轴 承受 着输 送液 体 压力 及往 复 和旋转 质
量 惯性 力 引起 的周 期 性 变 化 的 载 荷 ， 受 到 输 人 扭 并 矩 的作 用而 产 生扭 转 振 动 。所 以 ， 曲轴 的研 制 过 程 中， 强度 评估 十分 重 要 。随着 计算 机技 术 的发 展 ， 仿
三拐 曲轴 模 型采用 六 面体 实体单 元 （ｏｉ４ ） ｓ ｌ ５ 划 ｄ 分， 网格尺 寸 为 ４ ５ｍｍ， 成单 元 共 ７ １ ９个 ， 生 ４８ 节点 １ ８２ ４个 。 子 结 构 模 型 中 按 圆 角 处 网格 尺 寸 ８ ０ ６ ｍｍ， 体 网格尺 寸 １ 整 ０ｍｍ 划 分 ， 单元 共 ２ ７万 多个 ， 节 点 ５ 多个 。三 拐 曲轴按 第 一拐转 角 ３ ０时受 载 万 ０。 工 况计算 。曲轴 加 载 及 约束 方式 见 图 ３ 曲 轴 应 力 ，
件 ＡＮＳ ＹＳ对 其 进 行 静 态 分 析 ， 进 一 步 用 子 模 型 法 对 圆角 应 力 集 中 处 进 行 分 析 计 算 ， 并 得 出 曲轴 强度 的 精 确 结 果 。
关键词 ： 曲轴 ； ＡＥ； ＮＳ ； Ｃ Ａ ＹＳ 子模 型 中图分类号 ： ＴＨ３ ３ ２ 文献标识码 ： Ｂ
（ ）创建 有 限元模 型 ： １ 创建 几 何 模 型 ； 义 材料 定 属性 ； 划分 网格 （ 点及 单元 ） 节 。
（ ）施 加 载荷 及约 束 。 ２
（ ）求 解 。 ３ （ ）查 看结 果 ： ４ 查看 分 析结 果 ； 检验结 果 。
＊
图 ２ 曲轴结构示意 图
收 稿 日期 ： ０ ８ Ｏ ～Ｏ ２０一 ５ ５
ＡＮＳ ＹＳ分 析 过 程 包 含 四 个 主 要 的 步 骤 ：
图 １ 曲柄 连 杆 机 构 图
３ ２ 曲轴 三维 实体 模型 ． 根据 二 维 工 程 图采 用 Ｓ Ｉ ＷＯＲＫ ＯＬ Ｄ Ｓ软 件 建 立 三维 几 何模 型 ， 为有 限元 分 的基础 ， 图 ２ 作 如 。
应力 状态 。理 论 与实 践 表 明 ， 于各种 曲轴 ， 曲载 对 弯
荷 具 有决 定性 意 义 ， 而扭 转载 荷 占次要 地位 。因此 ， 曲轴结 构 强度 研究 的重点 是 弯 曲疲 劳 强度 。 ３ １曲轴 受 力分 析 ． 曲柄连 杆 机构 的任 务 是将 活塞 的往 复运 动转 化 为 曲柄 的旋 转 运 动 ， 构 图示 如 图 １ 曲柄 连 杆 机 机 。
作 者 简 介 ： 琼 磊 （ ９Ｏ ） 女 ， 科 ， ０ ４年 毕 业 于 中 原 工 学 院 机 械 设 计 制 造 及 自动 化 。 李 １ ８一 ， 本 ２０
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６ ６
有 色
矿
冶
第２ ４卷
３ ３ 有 限 元模型 计 算模型 及 结果 ．
１ 引 言
隔膜 泵 是 用来 传 输 固液 两 相 液体 的流 体 机 械 。
曲轴 则是 隔膜 泵 中最 重要 、 载荷 最大 、 格最 高 的零 价
３ 曲轴 受 力 分 析
曲轴 是 在连 续 周 期 变 化 的气 体 压 力 、 复 和 旋 往 转运 动 质量 的惯 性力 以及它们 的力矩 （ 矩 和弯矩 ） 扭
设ｔ一十， 一 。 ｇ ｅ 则
术， 即使 在进行 复 杂 的工 程分 析 时 也 无须 作 很 多 简 化 ， 且计 算速 度 快 、 度 高 。其 特 点是 以工 程 和科 并 精
学 问题 为 背景 ， 建立 计算 模 型并 进行 计算 机 仿真 ， 对 工 程 和产 品进行 性 能 和 安 全 可 靠性 分 析 ， 其 未 来 对 的工作状 态 和运 行行 为进 行模 拟 ， 及早 发 现不 足 ， 并 验证 未来 工程 、 品功 能 和性 能 的可用 性 与可 靠性 。 产
构的特性完全由连杆 比 入 一÷ 确定 ， 中 ｒ 其 为曲柄
半径 ，Ｉ 连 杆 长 度 （ 杆 大 小 头 孔 中 心 间距 离 ） 为 连 。
２ 基 于 ＡＮＳ ＹＳ的结 构 有 限元 分 析
现 代产 品 的设 计 和制 造 正朝 着高 效 、 高速 、 精 高
度、 低成 本 、 节省 资 源 和 高性 能等 方 面 发展 ， 统 的 传 计算分 析方 法远远 无法 满足 要求。采用 Ｃ ＡＥ技
子 模 型 法在 隔膜 泵 曲轴 分 析 中的应 用
李琼磊 ， 久 宝 杨
［ 国有 色 （沈 阳 ） 金 机 械 有 限公 司 ，辽 宁 沈 阳 １０ ４ ］ 中 冶 １ １ １
摘
要 ： 过 在 三 维 Ｃ Ｄ 软 件 Ｓ ｌ Ｗ ｏ ｋ 中 创 建 曲轴 和 其 子 模 型 的 三 维 模 型 ， 有 限元 分 析 软 通 Ａ ｏｉ ｄ ｒｓ 用
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第２ ４卷第 ３ 期
２０ ０ ８年 ６月
有 色 矿 冶
ＮｏＮ— Ｆ ＥＲＲｏＵＳ Ｍ ｌ ＮＧ Ｎｌ ＡＮＤ ＥＴＡＬＬＵＲＧＹ Ｍ
Ｖｏ ．２ ．Ｎ １ ４ ｏ３
Ｊ ｎ ０ ８ ｕ ｅ２ ０
文 章 编 号 ： ０ ７ ６ Ｘ（ ０ ８ ０ １ ０ —９ ７ ２ ０ ） ３—０ ６ —０ ０５ ２
及位 割边 界位移 法 或特定 边 界 位 移 法 。是 根 据弹性 力 学 中圣维 南原 理产 生 的有 限 元 分析 技巧 。圣 维 南 原 理 认 为 ： 用 在 物 体上 某 一 作 区 域 的力系 若用 一 个 等 效 力 系去 替 换 ， 则力 系替 换 的影 响 仅限 于载 荷 作 用 位 置 的一 定 范 围 内 ， 载 荷 离
真 技术 的 出现 ， 得 曲轴 的研 制过 程 中 的方案 比较 、 使 结构 优化 等更 多 的要 求可 以通 过仿 真技 术 实现 。通 过有 限元 计算 后 ， 曲轴 最大 应 力点 位 于轴颈 、 曲柄 销
与 曲臂 的过渡 圆 角处 ， 要得 出 曲轴 圆 角处 的精 确 解
就要 对其 处进 行子 模 型计算 。
件 之一 。曲轴 承受 着输 送液 体 压力 及往 复 和旋转 质
量 惯性 力 引起 的周 期 性 变 化 的 载 荷 ， 受 到 输 人 扭 并 矩 的作 用而 产 生扭 转 振 动 。所 以 ， 曲轴 的研 制 过 程 中， 强度 评估 十分 重 要 。随着 计算 机技 术 的发 展 ， 仿
三拐 曲轴 模 型采用 六 面体 实体单 元 （ｏｉ４ ） ｓ ｌ ５ 划 ｄ 分， 网格尺 寸 为 ４ ５ｍｍ， 成单 元 共 ７ １ ９个 ， 生 ４８ 节点 １ ８２ ４个 。 子 结 构 模 型 中 按 圆 角 处 网格 尺 寸 ８ ０ ６ ｍｍ， 体 网格尺 寸 １ 整 ０ｍｍ 划 分 ， 单元 共 ２ ７万 多个 ， 节 点 ５ 多个 。三 拐 曲轴按 第 一拐转 角 ３ ０时受 载 万 ０。 工 况计算 。曲轴 加 载 及 约束 方式 见 图 ３ 曲 轴 应 力 ，
件 ＡＮＳ ＹＳ对 其 进 行 静 态 分 析 ， 进 一 步 用 子 模 型 法 对 圆角 应 力 集 中 处 进 行 分 析 计 算 ， 并 得 出 曲轴 强度 的 精 确 结 果 。
关键词 ： 曲轴 ； ＡＥ； ＮＳ ； Ｃ Ａ ＹＳ 子模 型 中图分类号 ： ＴＨ３ ３ ２ 文献标识码 ： Ｂ
（ ）创建 有 限元模 型 ： １ 创建 几 何 模 型 ； 义 材料 定 属性 ； 划分 网格 （ 点及 单元 ） 节 。
（ ）施 加 载荷 及约 束 。 ２
（ ）求 解 。 ３ （ ）查 看结 果 ： ４ 查看 分 析结 果 ； 检验结 果 。
＊
图 ２ 曲轴结构示意 图
收 稿 日期 ： ０ ８ Ｏ ～Ｏ ２０一 ５ ５
ＡＮＳ ＹＳ分 析 过 程 包 含 四 个 主 要 的 步 骤 ：
图 １ 曲柄 连 杆 机 构 图
３ ２ 曲轴 三维 实体 模型 ． 根据 二 维 工 程 图采 用 Ｓ Ｉ ＷＯＲＫ ＯＬ Ｄ Ｓ软 件 建 立 三维 几 何模 型 ， 为有 限元 分 的基础 ， 图 ２ 作 如 。
应力 状态 。理 论 与实 践 表 明 ， 于各种 曲轴 ， 曲载 对 弯
荷 具 有决 定性 意 义 ， 而扭 转载 荷 占次要 地位 。因此 ， 曲轴结 构 强度 研究 的重点 是 弯 曲疲 劳 强度 。 ３ １曲轴 受 力分 析 ． 曲柄连 杆 机构 的任 务 是将 活塞 的往 复运 动转 化 为 曲柄 的旋 转 运 动 ， 构 图示 如 图 １ 曲柄 连 杆 机 机 。
作 者 简 介 ： 琼 磊 （ ９Ｏ ） 女 ， 科 ， ０ ４年 毕 业 于 中 原 工 学 院 机 械 设 计 制 造 及 自动 化 。 李 １ ８一 ， 本 ２０
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有 色
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３ ３ 有 限 元模型 计 算模型 及 结果 ．
１ 引 言
隔膜 泵 是 用来 传 输 固液 两 相 液体 的流 体 机 械 。
曲轴 则是 隔膜 泵 中最 重要 、 载荷 最大 、 格最 高 的零 价
３ 曲轴 受 力 分 析
曲轴 是 在连 续 周 期 变 化 的气 体 压 力 、 复 和 旋 往 转运 动 质量 的惯 性力 以及它们 的力矩 （ 矩 和弯矩 ） 扭
设ｔ一十， 一 。 ｇ ｅ 则
术， 即使 在进行 复 杂 的工 程分 析 时 也 无须 作 很 多 简 化 ， 且计 算速 度 快 、 度 高 。其 特 点是 以工 程 和科 并 精
学 问题 为 背景 ， 建立 计算 模 型并 进行 计算 机 仿真 ， 对 工 程 和产 品进行 性 能 和 安 全 可 靠性 分 析 ， 其 未 来 对 的工作状 态 和运 行行 为进 行模 拟 ， 及早 发 现不 足 ， 并 验证 未来 工程 、 品功 能 和性 能 的可用 性 与可 靠性 。 产
构的特性完全由连杆 比 入 一÷ 确定 ， 中 ｒ 其 为曲柄
半径 ，Ｉ 连 杆 长 度 （ 杆 大 小 头 孔 中 心 间距 离 ） 为 连 。
２ 基 于 ＡＮＳ ＹＳ的结 构 有 限元 分 析
现 代产 品 的设 计 和制 造 正朝 着高 效 、 高速 、 精 高
度、 低成 本 、 节省 资 源 和 高性 能等 方 面 发展 ， 统 的 传 计算分 析方 法远远 无法 满足 要求。采用 Ｃ ＡＥ技
子 模 型 法在 隔膜 泵 曲轴 分 析 中的应 用
李琼磊 ， 久 宝 杨
［ 国有 色 （沈 阳 ） 金 机 械 有 限公 司 ，辽 宁 沈 阳 １０ ４ ］ 中 冶 １ １ １
摘
要 ： 过 在 三 维 Ｃ Ｄ 软 件 Ｓ ｌ Ｗ ｏ ｋ 中 创 建 曲轴 和 其 子 模 型 的 三 维 模 型 ， 有 限元 分 析 软 通 Ａ ｏｉ ｄ ｒｓ 用
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第２ ４卷第 ３ 期
２０ ０ ８年 ６月
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ＮｏＮ— Ｆ ＥＲＲｏＵＳ Ｍ ｌ ＮＧ Ｎｌ ＡＮＤ ＥＴＡＬＬＵＲＧＹ Ｍ
Ｖｏ ．２ ．Ｎ １ ４ ｏ３
Ｊ ｎ ０ ８ ｕ ｅ２ ０
文 章 编 号 ： ０ ７ ６ Ｘ（ ０ ８ ０ １ ０ —９ ７ ２ ０ ） ３—０ ６ —０ ０５ ２
及位 割边 界位移 法 或特定 边 界 位 移 法 。是 根 据弹性 力 学 中圣维 南原 理产 生 的有 限 元 分析 技巧 。圣 维 南 原 理 认 为 ： 用 在 物 体上 某 一 作 区 域 的力系 若用 一 个 等 效 力 系去 替 换 ， 则力 系替 换 的影 响 仅限 于载 荷 作 用 位 置 的一 定 范 围 内 ， 载 荷 离
真 技术 的 出现 ， 得 曲轴 的研 制过 程 中 的方案 比较 、 使 结构 优化 等更 多 的要 求可 以通 过仿 真技 术 实现 。通 过有 限元 计算 后 ， 曲轴 最大 应 力点 位 于轴颈 、 曲柄 销
与 曲臂 的过渡 圆 角处 ， 要得 出 曲轴 圆 角处 的精 确 解
就要 对其 处进 行子 模 型计算 。
