矿用锤式破碎机转子轴承系统有限元分析

手机版链接：https://m.trustexporter.com/cz3265855.htm
本文利用有限元分析软件ANSYS，对锤式破碎机转子一轴承系统进行了动力学分析，得到了系统的固有频率、振型以及不平衡振动响应。
1、锤式破碎机转子的基本结构
锤式破碎机转子不同于一般机械设备中常见的内部无活动部件的转子，其执行粉碎的主要部件——锤片，是悬挂在均布于转子锤架板的销轴上的，锤片与销轴的联接方式属于铰接，各锤片可绕销轴自由转动。
2、有限元模型
根据转子的实际结构，在不影响计算精度的前提下，建立转子有限元模型过程中进行了以下简化：
(1)将主轴和定位套筒合并为一个几何实体，采用BEAM188梁单元来模拟。对于主轴的变截面结构，可以通过定义不同的梁截面来模拟。
(2)锤架板、挡圈、锤片、销轴、锤片隔套等零件随着主轴一同旋转，将其简化为三维质量单元MASS21。
(3)对起弹性支承作用的滚动轴承用COMBIN14弹簧单元来模拟。由于COMBIN14是一维弹簧单元，所以考虑在主轴的水平和垂直方向分别设置2个COMBIN14单元，来分别模拟滚动轴承在这两个方向的弹性。在主轴与联轴节连接处，考虑存在弹性连接，所以在水平和垂直方向上也设置两个弹簧单元，来模拟联轴节对主轴的支承作用。
通过以上的简化处理，设定好材料参数，划分网格并建立约束，最后建立的锤式破碎机转子一轴承系统有限元模型如图2所示。整个模型共有节点150个，BEAM188梁单元137个，COMBINE14弹簧单元12个，MASS21质量单元11个。
3、模态分析
模态分析用于确定结构的振动特性，如固有频率、振型等。利用ANSYS 10.0软件的Block Lanczos法对上述模型进行分析求解，即可得到了转子的各阶固有频率（见表1）和模态振型（如图3）。为了保证机器安全运行和正常工作，在机械设计中应使旋转轴的工作转速n离开其各阶临界转速一定范围。一般的要求是，工作转速n不能超过一阶临界转速ne的75%。由于本文所研究的锤式破碎机其工作转速在3 000r/min左右，低于危险工作转速60×84. 723×0.75=3 812.535 r/min，所以其工作转速的设计是合理的。
4、谐响应分析
锤式破碎机工作时，由于转子质心偏移现象的存在，受惯性的作用，会产生一个不平衡离心力，此不平衡力将通过主轴传递到轴承及机座上，从而引起粉碎机的振动。基于转子不平衡振动的特点，应用ANSYS谐响应分析模块来求解转子一轴承系统的不平衡响应。假设不平衡出现在转子的中间部位，按锤式破碎机转子的最大许用不平衡度，取转子质心偏心距为0.052 mm，不平衡力幅值为1 315 N。选用Full法（完全法），对转子进行其工作频率范围(约49.5Hz)的