基于有限元的起重机滑轮轴力学分析.pdf

总第139期
机械管理开发
2014年第3期
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total of 139
应用技术
No.32014
基于有限元的起重机滑轮轴力学分析
焦志强,李军
太原重工技术中心,山西太原030024)
摘要:基于有限元理论,选取常规起重机中所用典型吊具滑轮轴,分别对具有不同形式润滑槽的滑轮轴
进行应力分析,以探究润滑孔对滑轮轴力学性能的影响。
关键词:有限元;润滑孔;滑轮轴;力学性能
中图分类号:TH211.,2
文献标识码:A
文章编号:1003-773X(2014)03-0048-02
引言
典型300t吊钩滑轮组所用滑轮轴进行无润滑孔、双润
作为起重机上起吊重物时的主要受力件之一,滑滑孔与4润滑孔的对照分析。
轮轴力学性能对于起重机能否安全工作具有决定性作1.2滑轮轴的实体模型
用。滑轮与滑轮轴之间靠轴承来配合连接,为使其转
实体建模支持面和体布尔运算的使用,变化单元
动灵活,并提高使用寿命,大部分情況下滑轮轴都开类型、几何改进方便易行,在不失实际结构力学特性
有润滑孔,以便于给轴承内注油润滑。而滑轮轴在进的基础上对主轴进行简化,忽略对分析计算影响较小
行应力校核时,都是作为实心轴来计算的,而到底油的局部细节特征,在软件中根据图纸建立了1.6t滑轮
孔是否会对轴的整体力学性能产生影响,尚未有定轴及300滑轮轴三维模型,分别如图1及图2所示。
论。在实际产品使用过程中,经常会出现一些起重机
由于使用频繁,冲击大,而造成滑轮轴开裂等现象。
因此,研究润滑孔是否会对轴的力学性能产生的影
1-1实
1-2单润滑孔
响,十分有必要,且有重大应用价值。
图11.6t吊具滑轮轴
1有限元模型的建立
1.1典型滑轮轴的选取
选取两组实例来进行对照分析:
2-1实心2-2双润滑孔
2-34润滑孔
1)吨位较小的起重机。其滑轮组倍率小,因此滑
图2300t吊具滑轮轴
轮轴只开单润滑孔。由于润滑孔直径是一定的,轴径1.3模型的网格划分
越小,润滑孔对轴的力学性能影响也就越大。故选用
1.6滑轮轴材料为45号钢,300t滑轮轴材料为
常规最小轴径的滑轮轴(1.6t品钩滑轮组所用)进行35CrMo,密度是7.85,模型采用的单元形态简单并且
有润滑孔与无润滑孔的对照分析。
数量较少,有利于提高求解速度与计算精度,这里采
2)大吨位起重机。其滑轮组倍率较大,因此会在用线弹性材料,弹性模量E=2)0GPa,并且为了得到更
滑轮轴上开多个润滑孔。一般情况下有双润滑孔,
为精确的结果云图,运用六面体单元对滑轮轴进行网
润滑孔以及四润滑孔。其中,双润滑孔与四润滑孔较格划分,结果如图3,下页图4所示。
为常见。由于重载情况下滑轮轴易出现问题,故选取
收稿日期:2014-04-07
第一作者简介:焦志强(1985-),男,山西太原人,助理工
3-1实心
3-2单润滑孔
程师,从事机械设计工作。
图31.6t滑轮轴网格划分图
机械管理开发
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第29卷
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2.2300t吊具滑轮轴对比分析(见图8)
4-1实心
4-2双润滑孔4-34润滑孔
图4300t滑轮轴网格划分图
1.4滑轮轴受力分析
8-1实心8-2双润滑孔8-34润滑孔
只对滑轮轴在最大载荷下的静力进行分析,故只
图8300t滑轮轴有限元分析图
考虑起吊重物静止于空中或是做起吊匀速运动时滑轮
从300t吊具滑轮轴这儿张受力分析图可以发现
轴的受力。2种滑轮轴受力分析简图如图5,图6所示。3种型式的滑轮轴受力较大位置基本相同,对于开有润
这里所加载的力是吊具满载下滑轮轴所承受的应力,滑孔的轴,受力最大位置依然集中于轴表面润滑孔孔
其中F=0.8kN,F:=23kN。并且为了与实际工況一边缘位置。所受应力最大值分别为实心轴40.84
致,对于有润滑孔的轴,分析时将润滑孔水平放置,MPa,双润滑孔4569MPa,四润滑孔42.74MPa
如1.6t吊具滑轮轴(有润滑孔)及300t吊具滑轮轴2.3结果讨论
(双润滑孔)。
对于1.6t吊具滑轮轴来说,由于其轴径与润滑孔
F
F
孔径之比较小,故轴上开有润滑孔对其影响略大,导
致开有润滑孔的轴所受应力较大,这种情况下,开有
润滑孔的轴可以视为空心轴来分析;而对于300t吊具
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滑轮轴来说,其轴径与润滑孔孔径之比很大,故轴上
图51.6t滑轮轴受力简图(mm)
开有润滑孔对滑轮轴整体力学性能影响不大。从分析
结果上看,不同型式的润滑孔,其应力集中情况略有
Has a eso).2 re5不,、实心制所受应力最小、4前滑孔型式所要应力比
双润滑孔型式所受应力要小。
图6300t滑轮轴受力简图(mm)
3结语
2有限元分析计算结果
通过2组滑轮轴对比分析,可以得到如下结论:润
2.11.6t吊具滑轮轴对比分析(见图7)
滑孔会产生应力集中,对于轴径与润滑孔孔径之比较
小的滑轮轴,润滑孔会对轴的力学性能会产生较大影
响,这种情况下应尽量不开润滑孔,采用其他润滑方
式,或者设计计算时将滑轮轴视为空心轴进行计算,
増大轴径,减小润滑孔对其力学性能的影响;而对于
轴径与润滑孔孔径之比较大的滑轮轴,润滑孔对轴的
力学性能影响不大,并且同等条件下,4润滑孔型式可
7ー1实心
7-2单润滑孔
以优先选用。本文所得到的结论对于起重机设计过程
图71.6t滑轮轴有限元分析图
中滑轮轴的设计计算具有重要意义。
从1.6t吊具滑轮轴实心模型与单润滑孔模型的分
析结果,可以看到,受力最大位置大致相同,均为
参考文献
与滑轮接触处上部接触面。实心轴受力最大位置较胡于进,王奇有限元分析及应用M北京清华大
为分散,最大为43.76MPa;而有润滑孔的轴应力最
学出版社,2009
大位置轴表面润滑孔孔边缘位置,最大应力达到了2曾攀有限元分析及应用M.北京清华大学出版社,200
98.66MPa
(编辑:苗运平)(下转第72页)