搜索基于COSMOS 的粉碎機(jī)主軸有限元分析
2013-06-09 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
根據(jù)機(jī)械沖擊式超細(xì)粉碎機(jī)的工作原理與工作過程,分析主軸參數(shù)和沖擊過程載荷的變化,得出機(jī)械沖擊式超細(xì)粉碎機(jī)的受力簡(jiǎn)化模型,利用COSMOS 進(jìn)行主軸有限元分析,為精確計(jì)算零部件強(qiáng)度和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
作者: 張超 來源: 萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: 超細(xì)粉碎機(jī) 主軸有限元 COSMOS
機(jī)械沖擊式粉碎設(shè)備是我國(guó)近幾年發(fā)展較快的超細(xì)粉碎設(shè)備之一。由于其具有工藝簡(jiǎn)單、投資少、能耗低、粉碎比大等特點(diǎn),近年來,這類設(shè)備在非金屬礦物加工行業(yè)銷售量呈強(qiáng)勁增長(zhǎng)勢(shì)頭。目前對(duì)于機(jī)械沖擊式起細(xì)粉碎機(jī)的設(shè)汁,國(guó)內(nèi)仍缺乏成熟的設(shè)計(jì)理論及足夠的設(shè)計(jì)依據(jù)。本文通過主軸受力分析,利用SolidWorks的COSMOS模塊對(duì)主軸進(jìn)行了有限元分析,為主軸的強(qiáng)度校核和設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了有效的途徑。
1 機(jī)械沖擊式超細(xì)粉碎機(jī)的工作原理
機(jī)械沖擊式粉碎機(jī)按轉(zhuǎn)子的布置方式可分為立式和臥式兩大類。臥式粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子輔水平放置,轉(zhuǎn)子圍繞水平軸高速回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)物料粉碎,其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。物料由料斗經(jīng)螺旋給料機(jī)給人,首先被送入第一粉碎室(轉(zhuǎn)子1 與轉(zhuǎn)子2組成的腔體)。具有5-8 只葉片的粉碎葉輪(轉(zhuǎn)子1 和轉(zhuǎn)子3)其葉片有30。左右扭轉(zhuǎn)角,旋轉(zhuǎn)時(shí)有助于形成風(fēng)壓。而分級(jí)葉輪(轉(zhuǎn)子2和轉(zhuǎn)子的的5只葉片為徑向布置,旋轉(zhuǎn)時(shí)形成氣流阻力,兩者旋轉(zhuǎn)時(shí)便在室內(nèi)形成氣流循環(huán),隨氣流旋轉(zhuǎn)的顆粒之間由此產(chǎn)生相互沖擊、碰撞、摩擦、剪切。同時(shí)由于離心力作用,顆粒與內(nèi)壁之間反復(fù)沖擊、摩擦、剪切成細(xì)顆粒,經(jīng)過第一粉碎室中的分級(jí)葉輪后,細(xì)顆粒隨氣流進(jìn)入第二粉碎室(轉(zhuǎn)子3與轉(zhuǎn)子4組成的腔體) .其粉碎過程與第一粉碎室的基本相同。只是第二粉碎室的粉碎葉輪和分級(jí)葉輪較大,在該室造成的風(fēng)壓更大,顆控之間相互沖擊更加激烈.粉碎能力更強(qiáng),產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)數(shù)微米。
2 超細(xì)粉碎機(jī)的主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
CM系列超細(xì)粉碎機(jī)主軸上排列了4個(gè)轉(zhuǎn)子和風(fēng)扇,其結(jié)構(gòu)決定了主軸長(zhǎng)度較長(zhǎng)。粉碎機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí),在顆粒沖擊和摩擦等作用下不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量的熱量.為了補(bǔ)償主軸熱變形、降低內(nèi)應(yīng)力,將主軸支撐方式設(shè)計(jì)為一瑞游動(dòng),一端固定。由于送料端在左側(cè),為滿足結(jié)構(gòu)緊湊要求,所以將主軸動(dòng)力端放置在右側(cè);同時(shí)為了保證動(dòng)力輸入端的傳動(dòng)精度,將右端設(shè)計(jì)為固定捕。為了方便軸上零部件裝配,將主軸設(shè)計(jì)為階梯形狀。軸上磨削加工部分應(yīng)有砂輪超程槽,螺紋部分應(yīng)有退刀槽等。主軸結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3 粉碎機(jī)的主軸系統(tǒng)受力分析
粉碎機(jī)的主軸上排列有轉(zhuǎn)子1 , 2 、3 、4和風(fēng)扇(見圖1)實(shí)際物料的沖擊過程非常復(fù)雜,故采用轉(zhuǎn)矩分配法先進(jìn)行受力簡(jiǎn)化。組件1 :轉(zhuǎn)子1 和轉(zhuǎn)子2簡(jiǎn)化的整體;組件2: 轉(zhuǎn)子3 和轉(zhuǎn)子4簡(jiǎn)化的整體;組件3: 風(fēng)扇部分。另外,在轉(zhuǎn)矩分配時(shí)不考慮系統(tǒng)的摩擦、不考慮、阻尼等因素的影響。由主軸鍵聯(lián)接的長(zhǎng)度與載荷性質(zhì)計(jì)算零部件的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)。
3.1 考點(diǎn)就荷性質(zhì)的轉(zhuǎn)短分配
粉碎機(jī)工作時(shí),組件1 受顆控較大的沖擊,組件2受顆位較小的沖擊,組件3則可近似看作靜載荷。各組件與主軸鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力設(shè)為[σp]1、[σp]2、[σp]3,(單位MPa) ?？紤]載荷性質(zhì)時(shí)的各組件轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)為:
3.2 綜合考慮戴荷性質(zhì)與鍵聯(lián)接尺寸的轉(zhuǎn)短分配
綜合各鍵聯(lián)接尺寸,可得如下考慮載荷性質(zhì)與鍵聯(lián)接尺寸的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù):
3. 3 主軸系統(tǒng)受力分析
3.4 實(shí)例計(jì)算
4 主軸的有限元分析
4.1 COSMOS 模塊簡(jiǎn)介
COSMOS 是完全整合在SolidWorks 中設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)的,提供壓力、頻率、約束、熱量和優(yōu)化分析。為設(shè)計(jì)工程師在SolidWorks 的環(huán)境下,提供比較完整的分析手段,獲得修正和優(yōu)化設(shè)計(jì)所需的必要信息。
4.2 主軸靜態(tài)分析與疲勞分析
在COSMOS 中,按照主輸工作狀態(tài)建立主軸兩端的約束類型(A 為固定端,B 為浮動(dòng)編) ;同時(shí)對(duì)軸施加粉碎一室的轉(zhuǎn)矩、粉碎二室的轉(zhuǎn)矩、風(fēng)扇部分的轉(zhuǎn)短、離心力和帶對(duì)軸的壓力載荷,運(yùn)行靜態(tài)分析結(jié)果如圖4所示。
從運(yùn)行結(jié)果知,軸的靜強(qiáng)度是足夠的.最危險(xiǎn)部位是軸承支撐處。運(yùn)行疲勞分析,結(jié)果如圖5 、圖6所示。
生命周期圖解給出了主軸上每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生疲勞破壞的循環(huán)次數(shù)。由安全系數(shù)圖解知B 端的鍵槽部位最不安全,設(shè)計(jì)時(shí)要留有足夠的圓角降低應(yīng)力集中;最小安全系數(shù)2. 56,主軸疲勞強(qiáng)度足夠。
5 小結(jié)
本文以CM 系列超細(xì)粉碎機(jī)的主軸為研究對(duì)象,根據(jù)粉碎機(jī)主軸的結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn),得出主軸的受力簡(jiǎn)化模型。在此力學(xué)模型基礎(chǔ)之上,進(jìn)行CM31 型粉碎機(jī)的力學(xué)計(jì)算,最終利用SolidWorks 的COSMOS 功能對(duì)主鈾進(jìn)行有限元分析。此分析可用于主鈾的強(qiáng)度校核.并為進(jìn)一步進(jìn)行主軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了有效的途徑。該方法也可用于同類型的軸類零件的校核與優(yōu)化設(shè)計(jì)。
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