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轴流式转子轮毂关键部位的有限元分析

李庆亮  
【摘要】:我国对于通风机的研制和在工业部门广泛应用已有几十年历史了,目前通风机被广泛应用于煤矿的通风,被形象的称为“矿井的肺腑”。通风机的安全性和可靠性直接关系到工人的生命安全和矿井的正常生产。近年来矿用主通风机在运行时仍然发生了大量的轮毂和轮盘开裂等事故,引起风机领域的广泛关注。本文针对某煤矿一台矿用主通风机,利用三维建模软件Pro/Engineer构建分析模型,利用有限元分析软件ANSYS对其进行有限元分析和模态分析,从而确立转子中各部分的应力分布和振动特性,在保证结构强度、刚度的前提下提出优化转子结构,降低材料用量的方案。 首先,根据本次研究被提供的条件,通过测绘、查阅手册得到分析对象的尺寸参数;取整个叶轮结构的1/16,利用Pro/Engineer的强大建模功能,分别对叶轮结构中每个零件建模。利用Pro/Engineer的装配功能,将零件装配成叶轮单元整体,实现快速而精确的建立叶轮曲面模型;然后将叶轮模型作必要的简化,利用Pro/Engineer和ANSYS的模型数据转换功能将模型导入ANSYS。 其次,在有限元分析软件ANSYS中,通过定义单元类型、划分网格、加载以及求解,得到有限元静力分析的结果。通过查看轮毂受力云图和变形云图,从而得出轮毂危险部位之所在,对危险截面和结构冗余部位进行改进设计,达到节省材料和保证结构强度的双重目的,实现轮毂的安全性、经济性、合理性设计。 最后,对叶轮进行模态分析,得到轮毂的振型变形图。通过轮毂的振型变形图,得到轮毂的振动频率和变形情况,为避免轮毂的自振频率与叶轮转动频率的整数倍重合提供理论依据。 综上所述,本课题研究的目的是希望寻找一种研究叶轮结构特性的新方法,为以后的通风机转子设计与研究提供一种新途径和参考。


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