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連桿是壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的重要零件之一，其任務(wù)是與曲軸一起將輸入壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。目前，對(duì)連桿的有限元分析主要集中在對(duì)動(dòng)力連桿的分析上，而對(duì)于壓縮連桿的分析卻鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究使用Solidworks 2008建立了壓縮連桿有限元分析模型，并將其導(dǎo)入Ansys中進(jìn)行了分析。
連桿是由連桿體、連桿蓋、連桿軸瓦和連桿螺栓等零件組成的。本研究根據(jù)連桿的結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)，以有限元分析計(jì)算的數(shù)據(jù)工作量、計(jì)算時(shí)間及精度等為基本要求，在連桿建模時(shí)，必須做一些簡(jiǎn)化，這些簡(jiǎn)化是以不影響連桿的動(dòng)靜力學(xué)特性為前提的。
1、實(shí)際過(guò)程中，考慮到螺栓取了足夠的預(yù)緊力，在有限元分析模型中，連桿與連桿大頭蓋在有限元分析中被認(rèn)為連接成一體；2、為了避免局部網(wǎng)格過(guò)密，保證網(wǎng)格質(zhì)量，節(jié)省計(jì)算時(shí)間，忽略了分布在連桿上的油孔、定位銷釘孔等造成的影響；3、準(zhǔn)用在連桿上的所有載荷均平行于連桿擺動(dòng)平面，且認(rèn)為沿連桿厚度方向均勻分布。
應(yīng)用Solidworks等三維設(shè)計(jì)軟件建立實(shí)體模型并轉(zhuǎn)成為.x_t后導(dǎo)入有限元通用計(jì)算軟件中計(jì)算。為了縮小分析計(jì)算的工作量，提高計(jì)算速度，模型中去除了部分圓角及倒角。模型采用四面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
連桿在工作過(guò)程中需要承受通過(guò)活塞傳遞的氣體力、往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力以及由于自身擺動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力。
連桿大小端孔與軸、十字頭的接觸面載荷分布規(guī)律和作用角度的選擇對(duì)計(jì)算結(jié)果有很大影響。嚴(yán)格地講，它們都應(yīng)按彈性接觸計(jì)算的結(jié)果或者通過(guò)實(shí)測(cè)的方法來(lái)確定，但根據(jù)工程計(jì)算的成熟經(jīng)驗(yàn)。本研究計(jì)算采用如下載荷分布模型:接觸面處的載荷沿連桿厚度為均勻分布，在連桿平面內(nèi)按余弦規(guī)律分布。
由上述分析計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)連桿在受拉狀態(tài)下時(shí)，應(yīng)力的最大值集中在連桿的小頭處。同時(shí)，在連桿桿身與大頭連接處同樣存在較大的應(yīng)力。
對(duì)于上述應(yīng)力集中的區(qū)域，可以考慮在連桿小頭處加工一個(gè)凸臺(tái)，以加強(qiáng)此處的強(qiáng)度。同時(shí)，通過(guò)改變連桿桿身與大小頭連接處的過(guò)渡圓弧的半徑來(lái)減少應(yīng)力集中。
通過(guò)分析計(jì)算可以得出，在設(shè)計(jì)壓力下工作的壓縮連桿滿足強(qiáng)度要求。對(duì)于應(yīng)力集中的位置，可以通過(guò)改變局部尺寸，增加凸臺(tái)以及改變連接處的過(guò)渡圓角來(lái)減小應(yīng)力集中，提高連桿強(qiáng)度。
應(yīng)用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析，可以方便地得到在工作壓力下的壓縮機(jī)壓縮連桿的應(yīng)力分布，為壓縮機(jī)連桿強(qiáng)度的校核提供了一個(gè)方便可靠的計(jì)算工具，同時(shí)為壓縮連桿的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了理論依據(jù)。
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