基于COSMOS 的粉碎机主轴有限元分析

    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。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[σp]1、[σp]2、[σp]3，(单位MPa) 。考虑载荷性质时的各组件转矩分配系数为: