張艷林

摘 要：隔膜泵動(dòng)力端曲軸、半套和軸承座部裝是隔膜泵傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，主要作用是將曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為十字頭水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在隔膜泵運(yùn)行過(guò)程中，曲軸、半套和軸承座裝配體不斷承受動(dòng)力端負(fù)載，半套極易發(fā)生磨損及疲勞斷裂事故。對(duì)動(dòng)力端半套進(jìn)行應(yīng)力分析，評(píng)判其強(qiáng)度是否滿足使用要求是十分必要的。曲軸、半套和軸承座裝配體有限元強(qiáng)度分析，有時(shí)為了簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮半套與軸承壓蓋之間的間隙，將半套考慮成整圓，這種簡(jiǎn)化處理往往是不符合實(shí)際情況，計(jì)算出的半套應(yīng)力也不準(zhǔn)。本文以某型動(dòng)力端曲軸、半套和軸承座裝配體為研究對(duì)象，利用Adina裝配非線性計(jì)算功能，分析半套應(yīng)力分布，得到半套變形和應(yīng)力狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，研究了中間支撐軸承套帶切口與不帶切口的應(yīng)力及變形變化，對(duì)軸承座及半套進(jìn)行強(qiáng)度分析。分析3種工況：（1）考慮半套切口及半套與軸承套壓塊之間的間隙；（2）僅考慮半套切口，不考慮半套與軸承套壓塊之間的間隙；（3）不考慮半套切口（整套），考慮半套與軸承壓塊之間的間隙。

關(guān)鍵詞：曲軸；半套；軸承座；裝配體分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TH32 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隔膜泵動(dòng)力端的主要作用是提供隔膜泵運(yùn)行的動(dòng)力，將曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為十字頭直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力端主要包括曲軸、連桿、十字頭、介桿、下箱體等零部件。曲軸、半套和軸承座是動(dòng)力端曲軸部裝的關(guān)鍵件，在曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，曲軸和半套之間、半套和軸承座之間靠摩擦傳遞動(dòng)力，接觸面接觸壓力太大容易造成半套接觸面直接壓潰，接觸壓力不足造成半套與曲軸和軸承座滑動(dòng)摩擦，發(fā)生磨損疲勞失效。因此，需要對(duì)半套的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行計(jì)算和評(píng)價(jià)。對(duì)軸承和半套強(qiáng)度、剛度方面的研究已有很多。

本文采用仿真模擬的手段對(duì)某型隔膜泵曲軸、半套和軸承套裝配體進(jìn)行了應(yīng)力分析，獲得了半套的應(yīng)力分布和變形分布，為隔膜泵半套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，研究了中間支撐軸承套帶切口與不帶切口的應(yīng)力及變形變化，對(duì)軸承座及半套進(jìn)行強(qiáng)度分析。分析3種工況：

（1）考慮半套切口及半套與軸承套壓塊之間的間隙；

（2）僅考慮半套切口，不考慮半套與軸承套壓塊之間的間隙；

（3）不考慮半套切口（整套），考慮半套與軸承壓塊之間的間隙。

由于Adina軟件在結(jié)構(gòu)接觸非線性分析的計(jì)算精度和計(jì)算效率方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，深得同行專(zhuān)家的認(rèn)可。因此本文采用Adina軟件進(jìn)行分析，建立了曲軸、半套和軸承座裝配體有限元模型，施加約束和接觸邊界條件，通過(guò)求解獲得了半套的應(yīng)力分布和變形狀態(tài)，對(duì)3種工況半套應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行比較，確定一種更加符合實(shí)際、結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確的計(jì)算方法。

1 分析模型的建立

本文重點(diǎn)研究了半套的應(yīng)力和變形狀態(tài)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，以曲軸、半套和軸承座組成的裝配體為研究對(duì)象，而不建立整個(gè)下箱體模型，曲軸半套軸承座裝配體幾何模型如圖1所示。

將曲軸、半套和軸承座裝配體模型導(dǎo)入Adina中，對(duì)3個(gè)零件分別采用四節(jié)點(diǎn)四面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，接觸面的網(wǎng)格應(yīng)當(dāng)劃分的相對(duì)規(guī)則，保證接觸非線性計(jì)算收斂性及計(jì)算結(jié)果合理性。曲軸材料為高強(qiáng)度合金鋼、半套材料為45#鋼、軸承座材料為Q345B，半套材料的彈性模量為206GPa，泊松比為0.3，材料屈服極限為295MPa。建立的有限元模型如圖2所示。

曲軸、半套和軸承座有限元分析的約束和載荷如下：對(duì)曲軸、半套及軸承座進(jìn)行裝配分析，施加工作活塞力于曲軸表面上，對(duì)軸承座左側(cè)面施加X(jué)向約束，底面施加Y、Z向約束；半套及曲軸側(cè)面施加Z向約束；軸承座與半套、半套與曲軸之間做面面接觸，設(shè)置接觸摩擦系數(shù)為0.1。計(jì)算3種工況：

（1）考慮半套切口2mm間隙，考慮半套與軸承座之間1mm間隙。

（2）考慮半套切口2mm間隙，不考慮半套與軸承座之間1mm間隙。

（3）認(rèn)為半套無(wú)切口是個(gè)整圓，考慮半套與軸承座之間1mm間隙。

2 計(jì)算結(jié)果

通過(guò)計(jì)算獲得工況1半套應(yīng)力和變形結(jié)果，如圖3～圖6所示。

工況2和工況3計(jì)算結(jié)果云圖不列出，將計(jì)算結(jié)果列入表1中，為了對(duì)比結(jié)果方便，將工況1～工況3的計(jì)算結(jié)果列入表1中。

結(jié)論

從表1可以看出，不考慮半套切口和半套與軸承座之間間隙時(shí)，半套應(yīng)力和變形結(jié)果均偏小，實(shí)際結(jié)構(gòu)中半套有切口、半套與軸承座之間也有間隙，建議今后分析半套應(yīng)力和變形時(shí)，考慮半套切口尺寸，半套與軸承座之間間隙，盡量與實(shí)際結(jié)構(gòu)保持一致，保證分析結(jié)果準(zhǔn)確性。

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