1、基于 COSMOS 的粉碎机主轴有限元分析发表时间： 2008-9-26 作者: 张超 来源: 万方数据 关键字: 超细粉碎机 主轴有限元 COSMOS 根据机械冲击式超细粉碎机的工作原理与工作过程，分析主轴参数和冲击过程载荷的变化，得出机械冲击式超细粉碎机的受力简化模型，利用 COSMOS 进行主轴有限元分析，为精确计算零部件强度和优化设计提供依据。机械冲击式粉碎设备是我国近几年发展较快的超细粉碎设备之一。由于其具有工艺简单、投资少、能耗低、粉碎比大等特点，近年来，这类设备在非金属矿物加工行业销售量呈强劲增长势头。目前对于机械冲击式起细粉碎机的设汁，国内仍缺乏成熟的设计理论及足够的设计依据。
2、本文通过主轴受力分析，利用SolidWorks 的 COSMOS 模块对主轴进行了有限元分析，为主轴的强度校核和设计优化提供了有效的途径。1 机械冲击式超细粉碎机的工作原理机械冲击式粉碎机按转子的布置方式可分为立式和卧式两大类。卧式粉碎机的转子辅水平放置，转子围绕水平轴高速回转实现物料粉碎，其结构如图 1 所示。物料由料斗经螺旋给料机给人，首先被送入第一粉碎室(转子 1 与转子 2 组成的腔体)。具有 5-8 只叶片的粉碎叶轮(转子 1 和转子 3)其叶片有 30。左右扭转角，旋转时有助于形成风压。而分级叶轮(转子 2 和转子的的 5 只叶片为径向布置，旋转时形成气流阻力，两者旋转时便在室内形
3、成气流循环，随气流旋转的颗粒之间由此产生相互冲击、碰撞、摩擦、剪切。同时由于离心力作用，颗粒与内壁之间反复冲击、摩擦、剪切成细颗粒，经过第一粉碎室中的分级叶轮后，细颗粒随气流进入第二粉碎室(转子 3 与转子 4 组成的腔体) .其粉碎过程与第一粉碎室的基本相同。只是第二粉碎室的粉碎叶轮和分级叶轮较大，在该室造成的风压更大，颗控之间相互冲击更加激烈.粉碎能力更强，产品细度可达数微米。2 超细粉碎机的主轴结构设计CM 系列超细粉碎机主轴上排列了 4 个转子和风扇，其结构决定了主轴长度较长。粉碎机长时间工作时，在颗粒冲击和摩擦等作用下不可避免地会产生大量的热量.为了补偿主轴热变形、降低内应力，将主轴
4、支撑方式设计为一瑞游动，一端固定。由于送料端在左侧，为满足结构紧凑要求，所以将主轴动力端放置在右侧;同时为了保证动力输入端的传动精度，将右端设计为固定捕。为了方便轴上零部件装配，将主轴设计为阶梯形状。轴上磨削加工部分应有砂轮超程槽，螺纹部分应有退刀槽等。主轴结构如图 2 所示。3 粉碎机的主轴系统受力分析粉碎机的主轴上排列有转子 1 ， 2 、3 、4 和风扇(见图 1)实际物料的冲击过程非常复杂，故采用转矩分配法先进行受力简化。组件 1 :转子 1 和转子 2 简化的整体;组件 2: 转子 3 和转子 4 简化的整体;组件 3: 风扇部分。另外，在转矩分配时不考虑系统的摩擦、不考虑、阻尼等因
5、素的影响。由主轴键联接的长度与载荷性质计算零部件的转矩分配系数。3.1 考点就荷性质的转短分配粉碎机工作时，组件 1 受颗控较大的冲击，组件 2 受颗位较小的冲击，组件 3 则可近似看作静载荷。各组件与主轴键联接的许用挤压应力设为p1、p2、p3，(单位 MPa) 。考虑载荷性质时的各组件转矩分配系数为:3.2 综合考虑戴荷性质与键联接尺寸的转短分配 综合各键联接尺寸，可得如下考虑载荷性质与键联接尺寸的转矩分配系数:3. 3 主轴系统受力分析3.4 实例计算4 主轴的有限元分析4.1 COSMOS 模块简介COSMOS 是完全整合在 SolidWorks 中设计分析系统的，提供压力、频率、约束
6、、热量和优化分析。为设计工程师在 SolidWorks 的环境下，提供比较完整的分析手段，获得修正和优化设计所需的必要信息。4.2 主轴静态分析与疲劳分析在 COSMOS 中，按照主输工作状态建立主轴两端的约束类型(A 为固定端，B 为浮动编) ;同时对轴施加粉碎一室的转矩、粉碎二室的转矩、风扇部分的转短、离心力和带对轴的压力载荷，运行静态分析结果如图 4 所示。从运行结果知，轴的静强度是足够的.最危险部位是轴承支撑处。运行疲劳分析，结果如图 5 、图 6所示。生命周期图解给出了主轴上每个节点发生疲劳破坏的循环次数。由安全系数图解知 B 端的键槽部位最不安全，设计时要留有足够的圆角降低应力集中;最小安全系数 2. 56，主轴疲劳强度足够。5 小结本文以 CM 系列超细粉碎机的主轴为研究对象，根据粉碎机主轴的结构和受力特点，得出主轴的受力简化模型。在此力学模型基础之上，进行 CM31 型粉碎机的力学计算，最终利用 SolidWorks 的 COSMOS 功能对主铀进行有限元分析。此分析可用于主铀的强度校核.并为进一步进行主轴的优化设计提供了有效的途径。该方法也可用于同类型的轴类零件的校核与优化设计。
