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隔膜泵作為固-液兩相介質(zhì)輸送的關(guān)鍵設(shè)備，在石油、冶金和煤化工等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。大型隔膜泵動(dòng)力端由曲軸、連桿、介桿和十字頭等關(guān)鍵部件所組成。其中，十字頭中的鎖緊螺母由于受到介桿對(duì)十字頭的預(yù)緊力作用，其使用壽命通常為3-4個(gè)月，是整個(gè)隔膜泵系統(tǒng)中易損部件之一，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中則表現(xiàn)為螺母圓角附近因應(yīng)力集中所引起的斷裂，嚴(yán)重影響到隔膜泵系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，改進(jìn)十字頭螺母的結(jié)構(gòu)，降低應(yīng)力集中，從而延長(zhǎng)其使用壽命成為隔膜泵設(shè)計(jì)人員函待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
采用大型有限元分析軟件ANSYS對(duì)隔膜泵動(dòng)力端十字頭螺母進(jìn)行靜力學(xué)和強(qiáng)度分析，得出最大應(yīng)力值與變形值等參數(shù)并對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。以此為基礎(chǔ)，對(duì)原有十字頭螺母的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)ANSYS軟件對(duì)不同改進(jìn)結(jié)構(gòu)十字頭螺母的靜強(qiáng)度分析結(jié)果對(duì)比，從而確定最大應(yīng)力值最小、靜強(qiáng)度安全系數(shù)與疲勞安全系數(shù)均較高的結(jié)構(gòu)形式為最佳改進(jìn)結(jié)構(gòu)。對(duì)十字頭螺母及相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與研發(fā)具有一定的理論指導(dǎo)意義。
由ANSYS靜強(qiáng)度分析結(jié)果表明：原結(jié)構(gòu)與修改結(jié)構(gòu)十字頭螺母的最大應(yīng)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(shí)物斷裂圖相一致。當(dāng)采用修改結(jié)構(gòu)1時(shí)，圓角半徑R值與圓角處的最大應(yīng)力值成正比，與靜強(qiáng)度安全系數(shù)和疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)成反比，這表明此種結(jié)構(gòu)在一定范圍內(nèi)降低圓角半徑值可以起到降低應(yīng)力集中的作用。根據(jù)結(jié)果可知，當(dāng)圓角較大但受載平臺(tái)面積較小(如修改結(jié)構(gòu))或受載平臺(tái)面積較大圓角較小(如原結(jié)構(gòu))均對(duì)降低應(yīng)力集中無(wú)明顯影響。增大圓角值，同時(shí)增大受載平臺(tái)面積，最大應(yīng)力值才能大幅降低。修改結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)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(jié)構(gòu)為最佳修改結(jié)構(gòu)。
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