双缸隔膜泵作为煤化工行业中水煤浆等固液两相流体输送的关键设备，其动力端主要由主动轴、皮带轮等关键部件所组成。其中，主动轴与动力端动力源(电机、减速机)相连接，轴在实际运转过程中在输入端键槽位置处承受相应的输入扭矩，且主动轴的几何形态为阶梯状并与皮带轮进行装配，因此在设计动力端关键件的过程中应充分考虑降低主动轴及皮带轮键槽位置及轴阶梯圆角位置处的应力集中以保证其满足结构强度的要求，避免因应力集中而导致的疲劳破坏。本研究采用大型有限元分析软件ANSYS对动力端主动轴和皮带轮进行强度分析，并对分析结果进行评价。其分析方法与结论对相关产品的设计与研发具有一定的理论指导意义。
      双缸隔膜泵动力端主动轴的三维几何模型如图所示，轴上的两处键槽分别与动力输入端及带轮进行装配，键槽位置处承受与动力端吨位相应的扭矩。主动轴所使用材质为35CrMo(调质)，其机械性能为685MPa，490MPa。主动轴有限元模型整体网格尺寸为10mm，对键槽处网格做细化处理，尺寸为5mm。轴承承载面施加径向约束，主动轴尾部阶梯处施加周向约束，在旋转轴中心选取一点施加轴向约束。在ANSYS环境下建立刚性链接的方法在轴的中心线上定义两个质量单元(mass21)作为主节点并分别与轴上两个键槽中的节点(从节点)构成刚性区域，并在质量单元上施加输入扭矩(边界条件示意图如图所示)。
      双缸隔膜泵动力端皮带轮(如图所示)材料为HT250，属于高强度铸铁，为脆性材料，其机械性能为250MPa。动力端皮带轮有限元模型的整体网格尺寸为5mm，对圆角和中心键槽处网格做细化处理，尺寸为8mm。键槽表面节点施加全约束;采用建立刚性链接的方法在皮带轮中心轴线处建立一质量单元(mass21)为主节点并将该质量单元与皮带轮外表面节点(从节点)建立刚性区域;在主节点质量单元上施加输入扭矩(边界条件示意图如图所示)。ANSYS强度分析结果显示最大等效应力位于主动轴与皮带轮连接的键槽处，最大应力为max32.17MPa，最大变形0.142mm。应力与变形分布云图分别如图所示。
      根据工作应力与许用应力的一般关系式，对主动轴的强度进行校核，其中工作应力max=131.536MPa，许用应力lim为材料强度极限值，S为安全系数。因主动轴在实际运行中所受载荷为恒载且受力主要为扭转应力，因此lim应等于扭曲屈服极限，根据公式计算得扭转屈服极限为343MPa。按机械设计手册中的推荐值，按最危险工况即零部件的破坏会造成停车来选取可得到安全系数S=1.2-3。此时主动轴的许用应力计算为slim/S=343/1.2=285.83MPa，因此，主动轴的静强度能够满足要求。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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