基于有限元的锁环静态分析与结构优化.pdf

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1、研究与分析2013年第2期(第26卷，总第124期)·机械研究与应用·基于有限元的锁环静态分析与结构优化李盼，薛晓宁(广东海洋大学工程学院，广东湛江524088)摘要：以碟式分离机为研究对象，针对转鼓锁环的结构特点与受力特性，建立转鼓锁环的实体模型与有限元模型，通过有限元仿真软件对锁环结构在静载作用下进行应力分析，依据分析结果，对锁环几何结构进行了多目标优化设计，既满足强度要求，又减轻了锁环质量。关键词：碟式分离机；转鼓；锁环；优化设计中图分类号：TH112文献标志码：A文章编号：1007—4414(2013)02—0006—04StaticAnalysisandStru

2、ctureOptimizationofLockRingBasedonFiniteElementLIPan。XUEXiao—ning(CollegeofEngineering，GuangdongOceanUniversity，ZhanjiangGuangdong524088，China)Abstract：Takingdiscseparatorasresearchobject，aimingatthecharacteristicandmechanicalperformanceoflockringofdrum，ageometricmodelandfiniteelementmode

3、loflockringayeestablished．Finiteelementsimulationsoftwareisusedtocarryoutstressanalysisoflockringunderstaticload．Basedontheresultsoftheanalysis，multi-objectiveoptimizationofthelockringgeometryisdesigned，whichcanmeetthedemandsonstrengthandreducethequalityofthelockring．Keywords：discseparato

4、r；drum；lockring；optimaldesign1前言2锁环结构静态应力有限元分析碟式分离机工作时转鼓高速旋转，利用离心力实2．1确定锁环结构几何参数现物料的连续高效分离，如图1所示乳胶分离机转鼓碟式分离机转鼓主要由转鼓底、碟片组、碟片压由100多个零件组成，整个转鼓依靠锁环螺纹将转鼓盖、转鼓盖、喇叭管、锁环等零部件组成。本文将利用底、转鼓顶等连接成一体，在影响转鼓及整机安全性有限元对锁环进行结构应力分析与参数优化_4j，锁的3个零部件转鼓底、转鼓盖和锁环中，锁环最为薄环结构如图2所示，相关几何参数如下：d．=33．5弱¨，发生安全事故后造成的危害性最大，在高速

5、状mm，d4=15．5mnl，d5=57．5，d6=14Inn，d7=94．5态下其受载状态十分复杂，对其受载状态进行研究十mm，d=221mm；螺纹为矩形单线螺纹。分必要，尚未见到国外锁环强度分析方面的研究的报道，经典弹性力学理论不能有效解决复杂结构应力分析，本文利用有限元法对锁环结构进行有限元分析。图2锁环结构二维图2．2建立三维实体模型锁环为轴对称模型，利用CAD建模软件建立锁环实体模型，为减少计算时间，提高分析效率，取结构图1碟式分离机转鼓剖视图1．转鼓底2．碟片组3．锁环4．密封圈5．转1／4分析，其实体模型如图3(a)所示。鼓盖6．碟片压盖7．螺塞8．进料管9

6、．端螺2．3建立有限元模型母10．圆柱销11．螺钉定义材料属性：锁环材料为35CrMo，其弹性模量(杨氏模量)为E=2．06GPa，泊松比为=0．3，密收稿日期：2013～03—15作者简介：李盼(1987一)，男，湖南张家界人，硕士，研究方向：产品数字化设计与制造技术。通讯作者：薛晓宁(1962一)，男，副教授，研究方向：高速旋转机械设计。·6··杌械研究与应用·2013年第2期(第26卷，总第124期)研究与分析尺寸及质量减少，强度得到提高。表2锁环优化候选设计点参考文献：4结语建立了碟式分离机转鼓锁环的三维实体模[1]韩捷，梁利华．碟式分离机转鼓锁环的有限元应力分析

7、[J]．浙江：浙江工业大学学报，2002，30(5)：460—463．型，在ANSYSWorkbench环境里进行了有限元结[2]孙启才，金鼎五．离心机原理结构与设计计算[M]．北京：机械工构静力学分析，得到锁环应力与变形分布云图。业出版社，1987．[3]宋向辉，王红，商跃进．动车转向架构架强度分析[J]．机械研根据分析结果，确定了优化设计变量与目标函数，究与应用，2012(2)：1—3．进行锁环参数优化设计，通过优化分析，锁环质[4]查太东，杨萍．基于ANSYSWorkbench的固定支架优化设计量、最大等效应力、最大几何