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回轉(zhuǎn)分級篩主要用于飼料廠粉狀物料或顆粒飼料的篩選分級作業(yè)，還可用于糧食、食品、化工、制糖、采礦、造紙等行業(yè)原料的篩選、中間產(chǎn)品或成品的分級�；剞D(zhuǎn)分級篩主軸是回轉(zhuǎn)分級篩的重要部件，作用是傳遞功率，產(chǎn)生回轉(zhuǎn)分級篩篩體頭部的回轉(zhuǎn)運動，同時承受彎曲、扭轉(zhuǎn)等應(yīng)力作用。使用中發(fā)現(xiàn)某一型號的回轉(zhuǎn)分級篩偶爾出現(xiàn)主軸斷軸的現(xiàn)象，位置都在上鍵槽根部，雖然比例不高，但對用戶生產(chǎn)影響較大，迫切需要找出原因，杜絕這種現(xiàn)象的發(fā)生。傳統(tǒng)的分析方法計算繁雜，計算量大，而且有時由于計算系數(shù)的取值范圍較大，造成計算誤差大，影響了軸的安全性。因此，研究一種新的精確快捷的強度分析方法迫在眉睫。近年來，有限元分析技術(shù)在軸類零件的強度分析和計算方面得到越來越多的應(yīng)用，但在回轉(zhuǎn)分級篩主軸中的應(yīng)用尚未見報道，本文利用有限元分析軟件Ansys對回轉(zhuǎn)分級篩主軸進行了強度分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
回轉(zhuǎn)分級篩由機座、機架、驅(qū)動裝置、篩體等部件構(gòu)成，其工作原理是動力通過三角皮帶由電機傳給驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置再帶動有一定斜度的篩體運動。驅(qū)動裝置設(shè)有偏心裝置，因此篩體從進料端到出料端其運動軌跡由水平圓周運動逐漸變成橢圓運動，最后變?yōu)榻仆鶑?fù)直線運動。物料從進料口進入篩體，在篩體進料端圓周運動作用下，迅速均勻地分布在整個篩面寬度上，并產(chǎn)生自動分級，從而使料層下面粒度較小的物料迅速過篩，而上面粒度較大的物料則沿著篩體斜面向下端(即向出料端)運動。驅(qū)動裝置由主軸、皮帶輪、下軸承座、偏心塊、箱體、中間軸承座、聯(lián)軸器、連接軸、上軸承座等組成，如圖所示。其中，主軸材質(zhì)為40#，由下軸承座和中間軸承座支撐，偏心塊與篩體安裝方向相反，用來平衡篩體的離心力。已知箱體加物料質(zhì)量共650kg偏心距為0.03mm，轉(zhuǎn)速240r/min,電機功率3kW。
用Pro/E軟件對主軸精確建模，經(jīng)由中間IDES文件，導(dǎo)入到Ansys界面中。主軸的有限元模型如圖所示。主軸材料選取40#該材料的彈性模量為2Xe5MPa。泊松比為0.3。單元類型采用Solid95，采用整體自由劃分網(wǎng)格，精度等級為5，系統(tǒng)自動完成網(wǎng)格劃分，并對鍵槽周圍進行了局部網(wǎng)格加密。傳遞的扭矩為119.38N/m，在主軸下端施加載荷，上端固定，將扭矩施加到整個主軸上。計算結(jié)果如圖所示。從計算結(jié)果看，最大應(yīng)力分布在上下鍵槽的根部，最大合應(yīng)力為10.7MPa，最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為4.3MPa。由于扭轉(zhuǎn)應(yīng)力較小，不會是引起斷軸的主要原因。從主軸所受離心力來看，主軸受篩體和偏心塊的離心力作用，軸的上端到上軸承之間受到篩體的離心力作用。與偏心塊的離心力相比，此處離心力值和作用力矩大，并且軸徑小，此處的彎曲應(yīng)力要遠遠大于偏心塊的離心力引起的彎曲應(yīng)力，所斷的軸都是斷在此處的鍵槽根部，因此重點計算此處彎曲應(yīng)力。
為了減少計算量，只截取主軸上面的一段進行計算，下截面與中間軸承座里軸承內(nèi)圈的上表面為同一面。下截面固定約束，載荷按實際情況加在與聯(lián)軸器接觸的表面上，載荷大小按篩體最大離心力和作用力矩折算。彎曲應(yīng)力計算模型及載荷分布如圖所示，計算結(jié)果如圖所示。從計算結(jié)果看，最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在鍵槽半圓形處根部，為383MPa主軸受扭矩作用引起的應(yīng)力較小，受彎矩引起的應(yīng)力較大，彎曲應(yīng)力是產(chǎn)生斷軸的主要原因。鍵槽處彎曲應(yīng)力最大值為383MPa，比傳統(tǒng)分析方法計算的值大得多，并且有限元方法的計算結(jié)果也更精確，軸材質(zhì)為40#屈服點為550MPa，按最大應(yīng)力與屈服點計算的安全系數(shù)為1.43，安全系數(shù)偏低。如果軸表面加工質(zhì)量不高或軸材質(zhì)存在缺陷，將影響軸的使用壽命，甚至產(chǎn)生斷軸現(xiàn)象。觀察實際斷軸發(fā)現(xiàn)，所有發(fā)生斷軸的位置都是在上鍵槽半圓形處，如圖所示。這也證明了上述計算結(jié)果的正確性。
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