礦用防爆風(fēng)機(jī)葉柄螺紋結(jié)構(gòu)有限元分析

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摘要：采用有限元分析方法．建立了防爆石家莊風(fēng)機(jī)葉柄螺紋結(jié)構(gòu)的有限元模型。應(yīng)用ANSYS軟件對葉柄螺紋的3種主要牙型進(jìn)行計(jì)算，求出其應(yīng)力大小和分布狀況。并對3種牙型做了分析比較，為礦用防爆石家莊風(fēng)機(jī)葉柄設(shè)計(jì)提供了重要的參考依據(jù)。礦用防爆石家莊風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于大型煤炭企業(yè)，適用于大中型煤礦礦井做地面抽出或壓入式主通石家莊風(fēng)機(jī)．也適用于金屬礦山、化工礦山、隧道工程等場所。
石家莊風(fēng)機(jī)主要由進(jìn)氣筒、一級主風(fēng)筒(內(nèi)含驅(qū)動電機(jī)、一級葉輪)、二級主風(fēng)筒(內(nèi)含驅(qū)動電機(jī)、二級葉輪)、擴(kuò)壓筒、消聲筒、擴(kuò)散塔等主要部件組成，葉片是石家莊風(fēng)機(jī)的主要?dú)鈩釉Ｃ恳粋€葉片都安裝在自己的葉柄上，葉柄通過其柄部螺紋，緊固連接在葉輪的輪上，當(dāng)電機(jī)驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉柄即帶動葉片旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生風(fēng)力。石家莊風(fēng)機(jī)運(yùn)行時葉柄和葉片產(chǎn)生的巨大離心力以及空氣阻力最后都由葉柄的聯(lián)接螺紋來承擔(dān)，因此分析葉柄的螺紋結(jié)構(gòu)及應(yīng)力分布狀況。對改善葉柄的螺紋結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)和進(jìn)一步提高防爆石家莊風(fēng)機(jī)的可靠性具有重要意義。2種結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度均是很可靠的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于許用應(yīng)力，只不過采用斜撐結(jié)構(gòu)時。最大應(yīng)力發(fā)生在與陶瓷過濾機(jī)主支架的2處焊接部分，而現(xiàn)有直撐結(jié)構(gòu)發(fā)生在支撐方鋼偏上處。
所以綜上所述，采用斜撐結(jié)構(gòu)方案是可行的。表l顯示了2種結(jié)構(gòu)下的幾種ANSYS計(jì)算結(jié)果。首先提出了對現(xiàn)有陶瓷過濾機(jī)主軸支撐架采取斜撐結(jié)構(gòu)的方案．利用有限元軟件ANSYS對模型進(jìn)行了應(yīng)力分析，比較了現(xiàn)有直撐結(jié)構(gòu)與斜撐結(jié)構(gòu)的最大偏移變形及最大應(yīng)力。得出斜撐方案可行且節(jié)省材料，為進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)、優(yōu)化加工提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。葉柄的柄部螺紋有3種主要結(jié)構(gòu)形式：普通細(xì)牙螺紋M36x3、普通粗牙螺紋M36x4和梯形螺紋Tr36x3。本文擬建立葉柄柄部螺紋聯(lián)接的有限元模形．對葉柄柄部螺紋結(jié)構(gòu)的3種主要牙型進(jìn)行計(jì)算，求出其應(yīng)力大小和分布狀況，在分析比較的基礎(chǔ)上，推薦一種較為理想的螺紋牙型，為礦用防爆石家莊風(fēng)機(jī)葉柄設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)。
2普通細(xì)牙螺紋分析
2．1建立有限元模型葉柄通過螺紋與葉輪聯(lián)接時．由于螺紋的螺旋升角很小，故可將其忽略．這樣便可將其視為軸對稱結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模．選擇單元為PLANE42，設(shè)定其參數(shù)KEYOPT(3)=Axisymmetric．即定義它為軸對稱單元。采用自底向上的建模方法，以葉柄中心線(y軸)作為對稱軸，首先建立普通細(xì)牙螺紋M36x3的模型。詳細(xì)建模步驟如下：(1)建模通過定義關(guān)鍵點(diǎn)生成直線的方式分別建立外螺紋(葉柄部分)、內(nèi)螺紋(葉輪部分)的模型。采用自由網(wǎng)格劃分方法分別對內(nèi)、外螺紋進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格后的內(nèi)、外螺紋模型如圖2所示。
2．2求解和后處理經(jīng)求解和后處理得到M36×3普通細(xì)牙螺紋的應(yīng)力分布狀況云圖如圖4所示。為了更好地顯示出螺紋牙頂處的應(yīng)力分布狀況及大小，可將應(yīng)力云圖的局部放大。從應(yīng)力云圖可以看出，M36×3普通細(xì)牙螺紋的最大應(yīng)力為43．9 MPa，位置在靠近葉柄大端(連接葉片端)的螺紋牙頂處。越向小端則應(yīng)力逐漸減小。其他大部分區(qū)域的應(yīng)力值在9．85-29．3 MPa變化。應(yīng)力分布狀況較好，最大變形為0．004 48 Inlil。3普通粗牙螺紋和梯形螺紋分析用上述同樣方法分別對普通粗牙螺紋M36x4和梯形螺紋Tr36x3進(jìn)行分析，求出了在相同載荷作用下葉柄螺紋聯(lián)接處的應(yīng)力分布狀況及數(shù)值大小。