基于有限元的JZH25型均质机曲轴断裂分析及其改进设计

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曲轴是均质机的重要零件,其强度和刚度直接影响到整机的工作性能。因为曲轴的结构形状比较复杂,各个曲拐的受力又在发生周期性的变化,所以运用经典力学对其进行强度和刚度计算有一定的困难。计算机技术的飞速发展使得有限元法在曲轴的强度、刚度计算中得到了广泛应用。本文以此为立足点,针对JZH25型均质机经常发生的曲轴断裂问题进行了有限元分析和改进设计。首先,对断裂曲轴进行受力分析,分析了曲轴的各种工况,确定其危险工况,建立了整根曲轴的有限元模型,施加约束和载荷后计算得到曲轴危险工况的应力云图,确定其危险点,并对危险点进行静强度和疲劳强度校核。查明曲轴断裂的原因是在低载荷作用下由于应力集中而引起的疲劳断裂。其次,根据曲轴断裂的原因提出了三个改进设计方案,并用评分法对三个改进设计方案进行评价,确定出最佳改进设计方案。然后对最佳改进设计方案中的曲轴、带传动进行重新设计,对改进设计后的曲轴进行强度、刚度校核并对改进设计后的整机进行经济性分析,确认改进设计后曲轴的强度、刚度和整机的经济性均能满足要求。最后,对改进设计后的曲轴进行模态分析,提取前8阶固有频率,得到曲轴前8阶模态的振型和位移等值线图,并计算出前8阶临界转速,确认曲轴的工作转速大大低于各阶临界转速,不会产生共振现象。
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