【正文】 限元技術(shù)的應(yīng)用，使得幾何形狀復(fù)雜的零件，其強(qiáng)度和剛度等計算能夠?qū)崿F(xiàn)，且其精度滿足工程實際需要；同時提高了機(jī)械零部件設(shè)計的可靠性，縮短了設(shè)計周期，大大推動了機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。進(jìn)行有限元分析的最終目的是要將一個實際工程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型還原，也就是分析必須是針對一個物理原型的數(shù)學(xué)模型。ANSYS分析過程中包含以下3個主要的步驟。一切作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的傳動零件，都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動及動力的傳遞。按照承受載荷的不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸三類。在確定了軸的尺寸及軸支撐位置、受載大小、反向后可用ANSYS軟件對軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，首先應(yīng)依據(jù)CAD模型在ANSYS軟件中建立三維模型。該零件在兩個滾動軸承處受到軸向和徑向約束，左側(cè)鍵槽底面受到30122N的均布載荷，其鍵槽側(cè)面承受27812N的均布載荷，右側(cè)鍵槽底面受2033N的載荷。軸的右側(cè)受到扭矩大小為1043。① 定義材料的彈性模量EXMain Menu Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic彈性模量 EX＝泊松比 PRXY＝ 材料屬性 實體建模對于本實例的有限元模型，軸的模型較為簡單直接在ANSYS中建立，然后對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最后通過截面的有限元網(wǎng)格掃描出整個軸有限元模型。 軸的模型網(wǎng)格劃分的過程就是結(jié)構(gòu)離散化的過程，通常軸模型劃分的單元越多越密集，就越能反映實際結(jié)構(gòu)狀況，計算精度越高，計算工作量越大，計算時間增長。該劃分方法能夠在規(guī)則與不規(guī)則幾何體之間自動切換，通過選取軸的右端面上的線進(jìn)行節(jié)點劃分限制，為施加扭矩創(chuàng)造方便。 模型網(wǎng)格劃分 根據(jù)破碎機(jī)主軸的實際工作情況，對主軸的兩個支撐處進(jìn)行約束，選取柱面節(jié)點為約束對像，使其能夠繞軸中心線轉(zhuǎn)動，限制其他方向的自由度。1) 定義約束 選擇支撐作用的節(jié)點，先將所選節(jié)點的坐標(biāo)系由笛卡爾坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為柱面坐標(biāo)系，選取節(jié)點施加約束，Main Menu Solution DefineLoads Apply Structural Displacement OnNodes,，、。選取PreprocessorCreateIn Active然后輸入相應(yīng)坐標(biāo)，PreprocessorCreateElementsElem AttributeElment type NumberMPC184，然后通過Auto numbered選取節(jié)點進(jìn)行連接，然后Apply應(yīng)用，建立剛性單元。LoadsDefine LoadsApplyStructuralForceOnNodes，彈出對話框點擊所選節(jié)點，點擊OK,選取Mz方向，然后在Force/MomentVaule框輸入1043。所以是轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的力都通過鍵作用在鍵槽上，支撐轉(zhuǎn)子鍵槽的底面所承受的力為30122N,側(cè)面承受的力為27812N，支撐帶輪的鍵槽底面所承受的力為2000N。MenuLoadsApplyStructuralPressureArea將會彈出拾取對話框,選擇兩個鍵槽相反的側(cè)面，單擊“OK”按鈕，彈出另一對話框，在Loadvalue項輸入“30122”單擊“APPLY”完成施加載荷操作，然后在選取相應(yīng)面分別在對話框中輸入相應(yīng)的受力數(shù)值，單擊OK結(jié)束。 施加載荷圖 進(jìn)行求解 選取菜單路徑MainSolutionLS，彈出SolveLoad然后進(jìn)行后處理顯示軸變形、應(yīng)力的云圖。 后處理1) 位移云圖 選取Main Menu General Postproc Plot Results Contour PlotNodal SoluDOF SolutionDisplacement vector sum，進(jìn)行上述操作后，會彈出位移形變圖。2) 應(yīng)力云圖 選取菜單路Main|GeneralResults|ContourSolu將彈出ContourSolutionSolution|Stress|von從應(yīng)力云圖可以看出，零件受載后其軸承支撐處所受應(yīng)力最大，最大應(yīng)力為126MPa，故滿足設(shè)計的強(qiáng)度要求。 軸的應(yīng)力云圖 軸的支撐處受理力云圖 軸的轉(zhuǎn)速校核對于高速運(yùn)動的轉(zhuǎn)軸，如果轉(zhuǎn)動的圓盤由于不平衡而使中心線偏離回轉(zhuǎn)的軸線e時，就會產(chǎn)生離心慣性力，雖然e很小，但在轉(zhuǎn)動的過程中，F(xiàn)與成正比例，所以在高速轉(zhuǎn)動下會產(chǎn)生很大的離心力，從而引起機(jī)器的振動，若慣性力的頻率與主軸的自然頻率相等時，主軸就會發(fā)生共振，使主軸的撓度增加，振動越趨激烈，這時的轉(zhuǎn)速成為臨界轉(zhuǎn)速。為了簡化這一問題，我們采用單轉(zhuǎn)子繞軸轉(zhuǎn)動的模型，如下圖所示，設(shè)圓盤的質(zhì)量為m,偏心距為e，不考慮軸的質(zhì)量和阻尼的影響，當(dāng)圓盤的為時，由于質(zhì)量偏心而使主軸產(chǎn)生彎曲變形，： 圓盤偏心運(yùn)動示意圖設(shè)軸心處的變形為z,y。對于兩端等截面的軸，圓盤在中央，由材料力學(xué),由質(zhì)心運(yùn)動定理得: （）由圓的三角函數(shù)方程， （） （）因為是系統(tǒng)的橫向振動的固有頻率，、 方程的解為 上式表明軸心o點的軌跡為一圓，其半徑為強(qiáng)迫振動的振幅，也就是軸的撓度,。時，即轉(zhuǎn)子未發(fā)生轉(zhuǎn)動，軸的撓度為0。趨于無窮時，軸的撓度趨近于e.3) 當(dāng)趨近臨界角速度，軸的撓度迅速增大，軸將發(fā)生共振，即軸的臨界轉(zhuǎn)速的頻率等于系統(tǒng)的橫向振動的固有頻率。 軸工作轉(zhuǎn)速的范圍 臨界轉(zhuǎn)速 式中：—主軸的最大撓度，mm。而與偏心距e無關(guān)。 （）式中：E—軸材料的彈性模量,MPa；—軸的慣性矩。1) 主軸和安裝在主軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置2) 軸上的零件便于安裝、拆卸、調(diào)整。軸上零件的軸向定位，以主軸為例，主要有軸肩，套筒、圓螺母、軸端擋圈，彈性擋圈，緊定螺釘?shù)冗@些零件來保證的。軸肩定位是最簡便可靠的方法，但采用軸肩就必須導(dǎo)致許多問題，如軸徑不可避免的加大；在軸肩處，因為截面突變而引起的應(yīng)力集中，造成軸的破壞；軸肩也不便于加工。軸肩多用于軸向力比較大的場合，軸肩的高度也必須要低于軸承內(nèi)圈端環(huán)的高度，以便于拆卸軸承。軸上不需要開槽、鉆孔和切制螺紋，不會影響到軸的疲勞強(qiáng)度，所以，在兩個零件之間，間距不大時，可采用這種定位。3) 在軸的軸端、以及銷軸的軸端，都采用螺母定位，這種定位可承受較大的軸向力，但是在螺紋處將會有較大的應(yīng)力集中，降低軸的疲勞強(qiáng)度，一般采用固定軸端的零件。這是提高其疲勞強(qiáng)度的首要措施和主要的途徑。為此，要盡可能的增大過渡處的圓角半徑；同一段軸上相鄰截面處的剛性變化應(yīng)盡可能的小等等。2) 選用疲勞強(qiáng)度高的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強(qiáng)度的熱處理方法和強(qiáng)化工藝。比如將處在應(yīng)力較高區(qū)域的主軸表面加工的較為光潔。4) 盡可能地減小或消除主軸表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對于延長其疲勞壽命有著提高材料性能更為顯著的作用。5) 降溫、減載荷，對于發(fā)熱摩擦副的軸頸采取降溫設(shè)計，也可顯著提高其疲勞壽命。軸承的類型有很多種，主要根據(jù)其承載情況和調(diào)心等要求就進(jìn)行選擇。所以軸承的轉(zhuǎn)速很高，沖擊負(fù)荷很大，且工作時間很長。軸承的間距過大，軸會產(chǎn)生較大的此選用調(diào)心滾子軸承， 調(diào)心滾子軸承結(jié)構(gòu)示意圖 軸承在實際工作時，工作前后的溫差大，為了適應(yīng)軸和外殼不同的熱膨脹的影響，防止軸承的卡死，可以使一端的軸承軸向固定，另一端可以軸向位移，這樣可以使軸承在內(nèi)外圈軸向位置變化不大時仍可以正常工作，也可以使外圓與座孔配合較松，保證外圓相對于座孔做軸向竄動。拆卸軸承一般可用壓力機(jī)或拆卸工具。平鍵聯(lián)接最易發(fā)生的失效形式通常是壓潰和磨損，此處針對擠壓強(qiáng)度和耐磨性條件進(jìn)行校核。表63 鍵連接的許用擠壓應(yīng)力和許用壓強(qiáng)擠壓強(qiáng)度條件 （）耐磨性條件（動聯(lián)接） （）式中：T—轉(zhuǎn)矩，；；d—軸徑，mm；h—鍵的高度，mm；l—鍵的工作長度，mm；對A型鍵l=Lb；——許用擠壓應(yīng)力，MPa（此處為6090）；——許用壓強(qiáng)，MPa（此處為30）。7 錘式破碎機(jī)的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計7 錘式破碎機(jī)的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計一臺機(jī)器的結(jié)構(gòu)對整臺機(jī)器的生產(chǎn)效率、機(jī)器壽命十分重要。所以，正確合理的選擇機(jī)座和機(jī)架的材料，并且正確合理的選擇其結(jié)構(gòu)形式和尺寸，是減小機(jī)器質(zhì)量、節(jié)約金屬材料。機(jī)架是一臺機(jī)器的骨架，它支撐所有零件進(jìn)行工作，錘式破碎機(jī)的零件容易磨損，它需要經(jīng)常更換零件。上機(jī)架的上方留出一個給礦口，給礦口應(yīng)盡量向打擊板一邊靠近。由于轉(zhuǎn)子是進(jìn)行旋轉(zhuǎn)破碎的，所以物料也會對機(jī)架產(chǎn)生磨損，我們在機(jī)架內(nèi)壁上加裝襯板（），襯板是用螺栓連接在機(jī)架內(nèi)壁上的。為了便于檢修、調(diào)整和更換蓖條，下機(jī)座的左右兩側(cè)面都開有一個檢修孔。 機(jī)架示意圖 襯板結(jié)構(gòu)示意圖打擊板和錘頭都是破碎機(jī)中的工作部件。打擊板在破碎物料時，應(yīng)該和下落的礦物有一定的角度，這樣有利于礦石的破碎，如果打擊板和物料下落的速度方向一致，則物料容易受到錘頭和打擊板的擠壓，破碎不足。根據(jù)經(jīng)驗，打擊板傾斜角度一般為30度。該材質(zhì)具有較好的焊接性，出現(xiàn)局部磨損，可進(jìn)行補(bǔ)焊。每個圓盤有六個錘頭，所以總錘頭共48個。滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成，內(nèi)圈裝在軸徑機(jī)座或零件的軸承孔內(nèi)。保持架的作用是把滾動體均勻地隔開。一般用合金鋼制造。保持架一般用低碳鋼板沖壓制成，高速軸承多采用有色金屬或塑料保持架。所以本設(shè)計我們選用滾動軸承。接觸角是滾動軸承的一個主要參數(shù)，軸承的受力分析和承載能力等都是與接觸角有關(guān)。徑向平面于經(jīng)軸承套拳傳遞給滾動體的合力作用線之間的夾角稱為接觸角。滾動軸承按其承受載荷的方向或公稱接觸角的不同，可分為：1) 向心軸承，主要用于承受徑向載荷，其公稱接觸角從0 oC到45 oC；2) 推力軸承，只要用于承受軸向載荷，其公稱接觸角從大于45oC到90 oC。滾子軸承又分為圓柱滾子、圓錐滾子、球面滾子和滾針等。能阻抗?jié)L道間軸心線不準(zhǔn)位的軸承稱為剛性軸承。設(shè)計中我們使用的是調(diào)心滾子軸承。在相同外型尺寸下，—3倍。由于接觸角的存在，角接觸軸承可同時承受徑向載荷和軸向載荷。2) 認(rèn)真檢查輔助設(shè)備如喂料設(shè)備，皮帶輪、電動機(jī)是否完好。4) 進(jìn)行潤滑油的檢查。這時應(yīng)控制好電流。3) 操作時必須注意均勻喂料，這樣有利于破碎產(chǎn)量的提高，同時破碎物料的 尺寸不能太大，它們應(yīng)該控制在120mm以下，這樣不會過多的造成錘頭速度的損失。必須按照生產(chǎn)流程停車，即先停止喂料，等破碎腔中的物料全部破碎后才能停止機(jī)器的轉(zhuǎn)動。破碎機(jī)的正確使用與維護(hù)是保證設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，提高生產(chǎn)率的重要因素。因此，基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)動軸的安裝必須嚴(yán)格水平。所有檢查完畢后，方可啟動電動機(jī)。3) 錘式破碎機(jī)錘頭與蓖條之間的間隙根據(jù)破碎力度要求，可通過箅條下部兩偏心輪調(diào)整。破碎粒度要求10mm時，其間隙可調(diào)至1525mm。4) 錘式破碎在使用過程中，應(yīng)定期檢查襯板、錘頭及箅條的磨損情況，必要時，應(yīng)及時更換。5) 錘頭的更換一定要按相對位置成對更換，否則會引起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的不平衡。超過70C時，應(yīng)及時停車檢查處理。油面的高度應(yīng)保持在最低一個滾珠的中心位置，而且每3個月更換一次潤滑油。結(jié) 論結(jié) 論在這次設(shè)計的兩個多月的時間中，我從選擇錘式破碎機(jī)這個設(shè)計題目后，立即投入到錘式破碎機(jī)資料的搜集中。特別是對理論力學(xué)、材料力學(xué)、金屬工藝學(xué)、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制圖的應(yīng)用有了更深的認(rèn)識。本次設(shè)計培養(yǎng)了我對問題的獨立思考能力以及分析問題的能力，對資料文獻(xiàn)的檢索能力，也檢驗了我們對所學(xué)的專業(yè)知識的運(yùn)用到實際中的能力。提高創(chuàng)新能力是我在今后設(shè)計過程中的努力方向。特別感對我ANSYS軟件的指導(dǎo)。65