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叉车散热风机叶轮有限元强度分析
作者: 发布日期:2020-08-03

  大家都知道,无论是什么样的机械,最初都是从图纸开始做出来的,然后需要对性能进行一定的测试。对于风机来说风机叶轮是非常重要的部件,在这里我们就来介绍叉车散热风机叶轮的有限元强度分析。

  叶轮是风机的核心部件,其结构包含前盘、叶片、后盘、轴盘。由于叶轮是高速旋转的部件,为了其稳定性在制作时一般用料较厚。为响应公司降低成本、优化结构的号召,应用ANYS workbench对0473X9D的叶轮进行强度分析,使其在强度、性能不变的情况下减少料厚,降低制作成本,同时也为类似风机的料厚选用提供参考。

  风机叶轮

  叶轮型线比较复杂,在高速运转的情况下,其应力应变的计算具有一定难度。由于算法不同,通过理论计算得到的结果也相差较大。既无法考虑到叶轮局部结构的受力情况,也无法精确的体现应力集中的现象。如采用实验进行应力测试,不仅时间、成本上投入大,也具有一定的危险性。结构有限元法能充分考虑到叶轮结构的变化、各种边界条件及约束,可以有效、清晰的反映叶轮的应力和变形情况。应用ANSYS Workbench对结构进行强度分析是现阶段世界上的主流算法,根据计算结果,可对叶轮的局部结构进行优化、改进,提高材料的利用率。

  对原有叶轮进行有限元强度分析

  1.模型的建立与在喝的添加

  ①按标准图纸在solidworks中建立叶轮的实体模型,为了保证结果的准确性,不做简化处理。叶轮实体模型如下:

  1.1风机叶轮模型

  ②材料参数设置:弹性模量2.12E+11N/m2,泊松比0.288,密度7.85kg/m3;

  ③划分网格:采用自由网格方式划分网格,网格划分如下图:

  1.2 叶轮模型划分网格

  ④施加约束与载荷:施加XYZ方向上的位移约束、施加叶轮的转速条件,9D风机转速1450转。

  在叶轮强度计算中,气动力较小,相对于叶轮的离心力来说小得多。在考虑一定安全系数的情况下,气动力对叶轮的强度影响可以忽略,因此整个叶轮只考虑离心力的影响,离心力通过对叶轮施加角速度载荷来实现。

  2.结果分析

  叶轮材料用Q235A,材料的许用应力为235MPa,计算结果如下:

  1.3 叶轮等效应变Equivalent Elastic Strain图(m)

  1.4 叶轮等效应力Von-Mises图(Pa)

  1.5 叶轮的总变形Total Deformation图(m)

  由分析结果可以看出,图片可以直观地显示出叶轮整体的应力应变情况,转速为1450rpm时,叶轮的最大应力为119.3MPa,最大应变为0.067mm,应力出现在叶片中间、叶片与前盘相交靠近出口的地方。分析叶轮整体应力分析,可发现除叶片的入口中间处、前后盘与叶片相交处应力值较大外,其余部位的应力值较小;故可通过降低料厚的方法来降低生产成本。

  3.结构优化改进

  根据上面分析结果,对叶轮的改进方法如下:叶轮整体结构尺寸不变,前盘有4mm减薄为3mm,叶片由5mm减薄为4mm,后盘由6mm减薄为5mm,叶轮入口应力大的地方加一圈Φ8的圆钢加强筋。

  结构更改后,叶轮模型如下:

  划分网格

  分析结果如下:

  2.3 叶轮等效应变Equivalent Elastic Strain图(m)

  2.4 叶轮等效应力Von-Mises图(Pa)

  2.5 叶轮的总变形Total Deformation图(m)

  由上图可以看出,叶轮用料减薄后,叶轮最大应力为52.19MPa(小于235MPa),最大应变为0.093mm,应力应变的最大位置是叶片的出口中间处、叶片与前盘叶轮的相交处,整体的应力应变仍然符合要求。更改后叶轮重量由原来的85kg降低到64kg,有效的降低了材料成本。

  结 论

  通过对叶轮的分析表明,原有叶轮结构安全余量较大,可以进一步对材料厚度进行优化;更改后分析结果表明,叶轮应力仍然满足要求。在尺寸、性能不变的前提下,更改后的结构能有效地降低材料成本,为相似结构的风机叶轮优化提供了理论依据。

  综上所述,通过上面这篇文章大家可以看出来,制作风机叶轮绝对不是一件简单的差事,需要进行合理的规划,还需要找到合理的材料来进行制作,这样制作出来的风机叶轮才是合格的风机叶轮。叉车散热风机的有限元强度分析需要遵守严格的流程。

 

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