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隔膜泵作為固-液兩相介質輸送的關鍵設備，在石油、冶金和煤化工等領域得到了日益廣泛的應用。大型隔膜泵動力端由曲軸、連桿、介桿和十字頭等關鍵部件所組成。其中，十字頭中的鎖緊螺母由于受到介桿對十字頭的預緊力作用，其使用壽命通常為3-4個月，是整個隔膜泵系統(tǒng)中易損部件之一，在現(xiàn)場實際運行中則表現(xiàn)為螺母圓角附近因應力集中所引起的斷裂，嚴重影響到隔膜泵系統(tǒng)的正常運行。因此，改進十字頭螺母的結構，降低應力集中，從而延長其使用壽命成為隔膜泵設計人員函待解決的關鍵問題。
采用大型有限元分析軟件ANSYS對隔膜泵動力端十字頭螺母進行靜力學和強度分析，得出最大應力值與變形值等參數(shù)并對其結構強度進行校核計算。以此為基礎，對原有十字頭螺母的結構進行改進，根據(jù)ANSYS軟件對不同改進結構十字頭螺母的靜強度分析結果對比，從而確定最大應力值最小、靜強度安全系數(shù)與疲勞安全系數(shù)均較高的結構形式為最佳改進結構。對十字頭螺母及相關產品的設計與研發(fā)具有一定的理論指導意義。
由ANSYS靜強度分析結果表明：原結構與修改結構十字頭螺母的最大應力值與最大變形所處位置基本相同，均出現(xiàn)在圓角附近，這與實物斷裂圖相一致。當采用修改結構1時，圓角半徑R值與圓角處的最大應力值成正比，與靜強度安全系數(shù)和疲勞強度安全系數(shù)成反比，這表明此種結構在一定范圍內降低圓角半徑值可以起到降低應力集中的作用。根據(jù)結果可知，當圓角較大但受載平臺面積較小(如修改結構)或受載平臺面積較大圓角較小(如原結構)均對降低應力集中無明顯影響。增大圓角值，同時增大受載平臺面積，最大應力值才能大幅降低。修改結構的靜強度安全系數(shù)與疲勞安全系數(shù)均能滿足校核要求，因此確定該種結構為最佳修改結構。
專業(yè)從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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