红星机器对废钢破碎机主轴的有限元动力学研究

废钢破碎机是废金属破碎流水生产线的主要设备之一，其作用是将轻薄型金属板材（如废旧 车身）破碎成小块，便于分选，得到较纯净的黑色金属原料，同时破碎后的废金属也便于运输及回炉。分析如今破碎机市场的发展形势，破碎机加工废钢价值空间广阔。红星机器的 在多次理论与实验的基础上，运用Patran/Nastran软件对主轴进行动力学分析。

首先需了解废钢破碎机的结构及原理。锤头用锤轴铰接在锤盘上，而锤盘装配在主轴上。破碎机的工作原理是利用高速旋转的锤头冲击物料，由于锤头与物料碰撞作用时间较短，会产生较大的冲击力，从而使物料沿自然裂隙、层理面和节理面等脆弱部分破碎。当锤头敲击板料时，由于冲击力而在碰撞处产生的剪应力大于剪切强度较限时，材料发生剪切失效，锤头沿剪缝将其撕裂成小块，并将其带入转子与衬板间的容腔中。在主轴的旋转过程中，锤头不断地敲击容腔中的物料，从而得到块状料。在设备运行的过程中，主轴不断受到锤头冲击物料所产生的冲击力，为了解运行过程中主轴内部所受应力情况，避免主轴因固有频率与工作频率重叠而引发共振。

由于受有限元前后处理软件几何能力的限制，采用专业的三维CAD软件建立几何模型后，再导入有限元软件中进行网格划分，可以大大提高工作效率。为了反映其主要的力学特征，减小其他因素对分析结果的影响。

在Unigraphics中直接对三维模型进行如下处理：①删除小的圆角；②对圆头平键槽圆头部分进行简化。为了方便后续网格的划分，将三维模型进行分块切割，利用CAD软件强大的几何能力，以Parasolid格式输出，再导人Patran中进一步处理。

在进行网格划分、边界条件及材料的选取后，进行模态分析。模态分析可以确定结构的振动特性，知道主轴在一定频段内各阶模态的特性，就可以预测出此频段内受到各种振动激励而产生的振动响应；另一方面，将设备设定在一定频段内工作，也可以有效地避免共振的发生。在破碎机主轴的模态分析中，可以得到主轴的固有频率及振型，提取前十阶的固有频率。

主轴的动力学分析结果为：主轴的应力集中是该阶梯处截面尺寸变化引发的，建议在过渡处增大过渡圆角，避免应力集中。降低此处的应力水平，可大大提高主轴的安全裕度。

综上所述，对主轴的有限元动力学分析，可得到主轴的固有频率，使主轴工作频率远离固有频率，有效地避免共振的发生；对主轴进行瞬态响应分析，得到其在冲击载荷作用下应力变化规律，并提出增强主轴强度的改进方法，由瞬态响应得到的动应变及动应力为进一步进行疲劳分析提供了基础。

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