1、 2015 届毕业设计论文 题 目 9-19 型某离心通风机叶轮的 ANSYS 建模与应力分析 专业班级 学 号 学生姓名 指导老师 黄忠文 指导老师职称 副教授 学院名称 机电工程学院 完成日期： 2015 年 6 月 11 日 9-19某型离心通风机叶轮的 ANSYS 建模与应力分析 ANSYS modeling and stress analysis of 9-19centrifuge fan impeller 学生姓名 指导老师 黄忠 文 武汉工程大学本科毕业生论文 1 摘要 风机在各个行业的应用十分广泛，几乎涉及到国家发展生产的所有领域，而叶轮则是风机的关键部件。整个风机的运作过程则
2、是通过叶轮的机械转动，形成气压差，引起气流的定向流动，从而达到通风的效果。由于风机应用广泛工作环境千变万化，对风机主要是叶轮的要求就进一步增强了。一个合格的叶轮必须具有良好的综合性能，本文则尝试对 9-19 型某离心通风机叶轮的 ANSYS 建模与应力分析。 为了便于对离心通风机叶轮进行结构静力分析，进而对 1-19 型某离心通风机结构进行了合理的研讨，适当优化，本文建立了一个简 单，合理，有效的叶轮有限元分析模型，对于离心机叶轮而言，真是结构相当复杂，本文中对各部件做了合理的简化，确定了叶轮的结构尺寸及各部分的材料常数，并应用于整体模型的建立中。 建立有限元模形式时，有限单元的选择非常重要，
3、合式的单元不仅使建模，计算方便，而且能够更加真实的模拟结构的受力，变形情况，本文侧重对叶轮的建模与有限元分析，对模型进行了合理的简化，如螺栓省略了，模型一体化以及不计重力对叶轮的影响。 关 键 词 ： 离 心 通 风 机 叶轮 ANSYS 有限元武汉工程大学本科毕业生论文 2 Abstract Fans are widely used in various industries, almost involves all areas of the national development and production, and the impeller is the key components
4、 of the fan.The whole operation process of the fan is through the rotation of the mechanical impeller, formation pressure difference, cause the directional flow of air flow, so as to achieve the effect of ventilation.Widely used because of the fan working environment, requirements for fan is mainly
5、the impeller is further enhanced.A qualified impeller must have good comprehensive performance, this paper try to 9-19 ANSYS modeling and stress analysis of a centrifugal fan impeller. In order to carry out structural static analysis of centrifugal fan impeller, and a centrifugal fan in type 1-19 st
6、ructure has carried on the rational discussion, appropriate optimization, this paper set up a simple, reasonable and effective finite element analysis model of impeller for the centrifugal impeller, its structure is quite complicated, this article made a reasonable simplification, the components to
7、determine the structure of the impeller size and material constant of each part, and applied to setting up the model of the whole. Establishing finite element model form, the choice of the finite element is very important, shaped unit not only make the modeling and calculation is convenient, but als
8、o more realistic simulation of the structure of the stress, deformation, this paper focuses on the modeling and finite element analysis of the impeller, to the reasonable simplified model, such as bolt is omitted, model integration, and regardless of the gravity effect on the impeller. Key words ： C
9、entrifugal fan Impeller ANSYS Filet element 武汉工程大学本科毕业生论文 3 目录 摘要 . 1 Abstract . 2 目录 . 3 第一章 绪论 . 5 1.1 课题背景 . 5 1.1.1 行业现状 . 5 1.1.2 课题研究的意义 . 6 第二章 关于风机 . 7 2.1 风机的应用 . 7 2.2 风机的构造与分类 . 7 2.3 离心机的工作过程 . 8 第三章 9-19 型离心通风机的三维图与平面图 . 10 3.1 9-19 型离心通风机平面图 . 10 3.2 1-19 型离心通 风机叶轮三维图 . 11 第四章 9-19 型某离
10、心通风机叶轮的建模 . 12 4.1 绘制上圆盘 . 12 4.1.1 创建草图 . 12 4.1.2 绘制草图 . 12 4.1.3 旋转成体 . 13 4.2 绘制下圆盘 . 13 4.2.1 创建草图 . 13 4.2.2 绘 制草图 . 13 4.2.3 旋转成体 . 14 4.3 绘制叶片 . 14 4.3.1 创建草图 . 14 4.3.2 绘制草图 . 15 4.3.3 拉伸成体 . 15 4.3.4 布尔运算 . 16 4.4 打孔与螺栓 . 17 4.4.1 创建草图 . 17 4.4.2 绘制草图 . 17 4.4.3 打孔 . 17 4.5 求和 . 18 第五章叶轮的
11、ANSYS 有限元分析 . 19 5.1 有限元的基本思想 . 19 5.1.1 有限元结构分析的分析流程 . 20 5.1.2 有限元法的优缺点 . 21 第六章 离心通风机叶轮的 ANSYS 分析 . 22 6.1 UG 叶轮模型导入到 ANSYS. 22 6.2 离心通风机叶轮的有限元分析 . 23 武汉工程大学本科毕业生论文 4 6.2.1 设立工作目录、文件名、标题和分析模块 . 23 6.2.2 选择单元类型 . 24 6.2.3 设置材料属性 . 24 6.2.4 划分网格 . 24 6.2.5 施加约束 . 25 6.2.6 施加荷载 . 25 6.2.7 求解 . 25 6.
12、3 后处理 . 26 6.3.1 总位移云图 . 26 6.3.2 梅森应 力图 . 26 6.3.3 应力强度 . 27 6.3.4 环向位移 . 27 6.3.5 环向应力 . 28 6.3.6 径向变形图 . 29 6.3.7 径向应力分布图 . 29 第七章 结论 . 30 参考文献 . 31 致谢 . 32 武汉工程大学本科毕业生论文 5 第一章 绪论 1.1 课题背景 进入 21 世纪，现已成为世界第二大经济体的中国经济发展令世界倾慕。 1979年至 2012 年，中国经济年均增速达 9.8%远超世界经济年均增速。中国有着悠久的风电产业的发展历史，对于我国的经济增长，风机功不可没。
13、在各个行业都有风机的身影。随着中国经济的快速增长，特别是进入“第十二个五年计划”，国家加大基础设施投资，以及对行业发展的支持增加，风机市场毫无疑问将会更加繁荣。 离心通风机是大型机组设备中的重要组成部分，根据风机产品的发展趋势，低噪声、高效、大型化的风机在未来市场潜力。 在大型化的机组中，风机强度、运行寿命和可靠性都受到了一系列挑战。叶轮毫无疑问是离心通风机的最关键的部件，也是实际应用中最容易出现问题的部件。在离心通风机的工作状态下，叶轮高速转动的过程中承受离心力和气流激震力等力的共同作用，叶轮的工作状态下受力十分复杂。所以风机的稳定性以及可靠度受叶轮强度和震动的直接影响。基于叶轮复杂的结构和
14、工作环境，对它的研究更加困难也更加重要。 1.1.1 行业现状 国内外的各个风机企业都在加强对风机的科研投入，优化风机的设计和性能，才能在风机市场占有一席之地。 风机在发达国家如：美国、 德国、日本的发展较快，其制造和研发更方面科技比较成熟，这些国家的风机企业在中国也有很好的口碑和品牌效应，在我国风机市场占据优势。我国风机产业起步不计较玩，但最近几年取得了十足的进步，从最初的引进后仿制，到自主设计乃至返销国外。尽管如此，国内风机行业与国外还存在一定的差距。 武汉工程大学本科毕业生论文 6 1.1.2 课题研究的意义 叶轮是离心风机的核心部件，其设计质量的好坏直接影响到整个机组的工作效率和稳定性
15、，且随着风机市场质量需求、同行业竞争以及原材料价格的上涨，风机企业对其自身产品的技术需求越来越高，对于风机设计优化愈加迫切。利用ANSYS 有限元辅助软件分析，可以在满足风机所需强度和可靠性的前提下，尽量减少风机尺寸、节省原材料、优化结构，是材料利用最大化，为企业带来可观的效益。用有限元强度分析对于提高风机的设计水平，有重要的意义。其意义有： 1.为离心通风机叶轮的设计提供理论依据，保证风机强度安全。 2.优化产品结构，提升质量的同时，节省了材料，为企业节约生产成本。 为 今 后 企 业 大 规 模 扩 大 奠 定 基 础 。武汉工程大学本科毕业生论文 7 第二章 关于风机 2.1 风机的应用
16、 风机在各行各业得到了广泛的应用，并且起到了十分重要的作用。 （ 1）离心风机在农业中的应用：离心风机结构简单便于安 装，在农业生产中发挥着巨大作用，简化了农业生产过程，是农业机械化。我国农作物产量世界领先，农耕面积大，作物收获之后如不及时风干处理，易腐烂变质，或者发芽，造成浪费。过去农民只能通过自然晒干，处理刚收获的谷物，离心风机的普及解除了天气的限制。在大型的粮食储备地方，基本都装备了离心风机，能更好的通风换气，保证粮仓空气的湿度，更好的保存了粮食。谷物中会出现干瘪，不饱满的情况，风机可以用来提取饱满品相好的谷物。风机输送风能，可以吧不饱满的谷物吹起，保留饱满的谷物，极大节省了人力。另外，
17、在农业机械中处处可见离心风机的 身影，利用离心风机送风的功能，反向出现了利用风能转为机械能，达到灌溉、收割做业。这比人力、畜力便捷且高效。 （ 2）离心风机在工业中的应用：我国工业化进程高速发展的今天，离心风机的出现，它耐用而且实用性高，使人们越来越难以离开这一便捷的工业化产品。离心 风机 在众多场合得到应用，尤其是工厂、仓库、矿井、隧道、车辆船舶等这类空气不能自然流通的场合；在高温的工作环境 如锅炉、鼓风炉、工业用炉也有它的身影；对于需要保持空气清洁的的地方如，餐厅，厕所，车站等设施中的通风与散味。 2.2 风机的构造与分类 早在 19 世纪 80 年代，离心通风机被英国人 Goebel 首
18、先发明，改离心风机有两部分组成：叶轮和机壳，二者同心。砖材料制做的机壳，木制且后向直的叶轮，但效率效率只有百分之四十。随后，不同于同心型技巧蜗形机壳出现了，后向弯曲叶片的离心通风机基本成型，二者都广泛用于矿井通风。 不管离心通风机尺寸型号怎样，都离不开叶轮和机壳的组合，小型通风机通常直接将叶轮链接到电动机， 叶轮随连接轴一起转动，二者同步转动。对于中大型通风机显然就不适用了，大中型通风机由于安装条件，动力需求等个方面的限制，通常要么由联轴器，要么由皮带轮与电动机间接的联接在一起。对于流量很小的离心通风机，机壳设计成单侧进气，采用单级叶轮；流量大的离心通风机，机壳设计成可双侧进气两个方向相反对称
19、的叶轮，又叫做双吸式离心通风机。 在叶轮和机壳中叶轮显而易见是通风机的关键结构，叶轮设计成怎样的几何形状、武汉工程大学本科毕业生论文 8 叶片几个、多大的尺寸和材料表面的精度对性能的影响有天壤之别。要确保通风机能够转动平稳、正常工作，我们需要对叶轮的静平 衡或动平衡校正。 项目 后倾叶片 前倾叶片 项目 后倾叶片 前倾叶片 效率 高 低 耐磨性 好 差 成本 搞 低 耐腐蚀 好 一般 尺寸 大 小 噪声 高 低 工作范围 广 狭 可工作温度 中等 中高 叶轮转速 高 低 电动机易超载 不 是 2.3 离心机的工作过程 离心机的工作原理是通过叶轮旋转，使风机内部气压小于风机外部大气压，形成压力差带动气体流入风机，风机累叶片转动时空气获得势能由风机向外流动。总之是 依靠高速旋转的叶轮，使气体在惯性离心力作用下从出口甩出 ,使吸入口出现 真空，从而形成气体压由低压区到高压区的转换 。 图 2-1 图 2-1 为 离心式通风机个结构部件示意图， 当电动机运转时，通过 9-皮带叶轮或联轴器带动 4-机轴进而带动叶轮转动，叶轮转动时，叶轮叶片间隙中的
