高压径向柱塞泵连杆的有限元分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)太原科技大学机械工程学院 作者:赵婕

  为了提高径向柱塞泵的额定压力,在JBP-40 型径向柱塞泵的基础上进行改进,将额定压力由28MPa 提高到35MPa。在高压下对该径向柱塞泵的连杆进行受力分析,并采用ANSYS 软件对其进行静力学有限元分析,验证其强度和刚度。结果表明当额定压力提高到35MPa 时,连杆的强度和刚度是足够的,为高压径向柱塞泵的研究提供了依据。

引言

  径向柱塞泵是一种容积效率高、运转平稳、流量均匀性好、噪声低、工作压力高的新型液压元件。我校所研制的新型变量径向柱塞泵目前属国内领先技术,但仍不能满足工程机械对高压径向柱塞泵的需求。因此在节约成本、简化工艺的前提下,对该径向柱塞泵进行改进,将额定压力由28MPa 提升到35MPa, 实现径向柱塞泵的高压化,是企业迫切需要解决的难题。连杆作为径向柱塞泵的关键零件之一, 承受压缩力及弯矩的共同作用,故决定在高压35MPa 下对JBP-40 型径向柱塞泵连杆进行有限元分析。

1、径向柱塞泵简介

  新型径向柱塞泵是一种轴配流径向柱塞泵,柱塞在转子(缸体)内成辐射状配置,滑靴与定子构成一对高速滑动摩擦副。柱塞、转子柱塞孔和配流轴形成密闭容腔,当柱塞向外移动伸出时,密闭容腔增大并与配流轴的进油口相通,液压油液被吸入密闭容腔;当柱塞向内收缩时,密闭容腔减小并与配流轴的出油口相通,液压油液被排挤到出油口。每转1 周,7 个柱塞各完成一次吸油和排油。由大小控制柱塞控制定子的偏心距,通过改变偏心距的大小改变排量。根据工况需要改变泵轴旋转方向时,液流进出油口也将改变。JBP-40 型径向柱塞泵的主要参数有: 额定压力28MPa, 额定转速1500r/min,排量40mL/r。

2、有限元分析

  2.1、有限元模型

  径向柱塞泵的连杆是由40Cr 制成的。利用Pro/E软件对连杆进行实体建模(忽略中心阻尼孔处对弹性变形影响不大的结构),然后再以Parasolid 格式导出*.xmt-txt,再将此文件导入到ANSYS 中。模型导入ANSYS12.0 后,划分网格时,单元类型采用Solid45 单元,单元大小设置为4mm,对其进行非结构网格划分,划分后的有限元模型由9084 个节点和42 278 个单元组成。划分网格后的有限元模型如图1 所示。连杆滑靴的材料模型设置如下:材料为40Cr,弹性模量为206GPa,泊松比为0.28。

连杆的有限元模型

图1 连杆的有限元模型

5、结论

  (1)在额定压力35MPa 下对JBP-40 型径向柱塞泵的连杆进行静力学有限元分析, 其疲劳安全系数大于许用疲劳安全系数,连杆的应变较小,在可承受范围之内,说明连杆的强度、刚度足够;

  (2)在最高压力43.75MPa 下的有限元分析结果表明连杆的疲劳安全系数偏低,滑靴底面变形较大,不能长时间在此工况下运行;

  (3)将JBP-40 径向柱塞泵的额定压力由28MPa 提高到35MPa,连杆的强度和刚度足够,对该系列径向柱塞泵的高压化研究有一定的指导意义。

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