礦用防爆風機葉柄螺紋結構有限元分析

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摘要：采用有限元分析方法．建立了防爆石家莊風機葉柄螺紋結構的有限元模型。應用ANSYS軟件對葉柄螺紋的3種主要牙型進行計算，求出其應力大小和分布狀況。并對3種牙型做了分析比較，為礦用防爆石家莊風機葉柄設計提供了重要的參考依據。礦用防爆石家莊風機廣泛應用于大型煤炭企業，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機．也適用于金屬礦山、化工礦山、隧道工程等場所。
石家莊風機主要由進氣筒、一級主風筒(內含驅動電機、一級葉輪)、二級主風筒(內含驅動電機、二級葉輪)、擴壓筒、消聲筒、擴散塔等主要部件組成，葉片是石家莊風機的主要氣動元件。每一個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，當電機驅動葉輪旋轉時，葉柄即帶動葉片旋轉，從而產生風力。石家莊風機運行時葉柄和葉片產生的巨大離心力以及空氣阻力最后都由葉柄的聯接螺紋來承擔，因此分析葉柄的螺紋結構及應力分布狀況。對改善葉柄的螺紋結構形式設計和進一步提高防爆石家莊風機的可靠性具有重要意義。2種結構的強度均是很可靠的，遠遠低于許用應力，只不過采用斜撐結構時。最大應力發生在與陶瓷過濾機主支架的2處焊接部分，而現有直撐結構發生在支撐方鋼偏上處。
所以綜上所述，采用斜撐結構方案是可行的。表l顯示了2種結構下的幾種ANSYS計算結果。首先提出了對現有陶瓷過濾機主軸支撐架采取斜撐結構的方案．利用有限元軟件ANSYS對模型進行了應力分析，比較了現有直撐結構與斜撐結構的最大偏移變形及最大應力。得出斜撐方案可行且節省材料，為進一步改進設計、優化加工提供了可靠的數據支持。葉柄的柄部螺紋有3種主要結構形式：普通細牙螺紋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接的有限元模形．對葉柄柄部螺紋結構的3種主要牙型進行計算，求出其應力大小和分布狀況，在分析比較的基礎上，推薦一種較為理想的螺紋牙型，為礦用防爆石家莊風機葉柄設計提供重要的參考依據。
2普通細牙螺紋分析
2．1建立有限元模型葉柄通過螺紋與葉輪聯接時．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構進行建模．選擇單元為PLANE42，設定其參數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，首先建立普通細牙螺紋M36x3的模型。詳細建模步驟如下：(1)建模通過定義關鍵點生成直線的方式分別建立外螺紋(葉柄部分)、內螺紋(葉輪部分)的模型。采用自由網格劃分方法分別對內、外螺紋進行網格劃分，劃分網格后的內、外螺紋模型如圖2所示。
2．2求解和后處理經求解和后處理得到M36×3普通細牙螺紋的應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力分布狀況及大小，可將應力云圖的局部放大。從應力云圖可以看出，M36×3普通細牙螺紋的最大應力為43．9 MPa，位置在靠近葉柄大端(連接葉片端)的螺紋牙頂處。越向小端則應力逐漸減小。其他大部分區域的應力值在9．85-29．3 MPa變化。應力分布狀況較好，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進行分析，求出了在相同載荷作用下葉柄螺紋聯接處的應力分布狀況及數值大小。