第1期 2018年1月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2018)01003504
D0I:10.13462/j. cnki. mmtamt.2018.01.009
高频破碎器主轴应力分析及结构优化
王新旺，蔡家斌，肖齐洪
（贵州大学机械工程学院，贵阳550025）
No.1 Jan.2018
摘要：主轴作为高频破碎器的关键部件对于力的传递以及使用寿命具有重要的影响。为了使高频破碎器的主轴部件具有强度高、变形小、寿命长等特点，首先根据某厂现有的60型高频破碎器的实际工况，计算出主轴受力的大小；其次根据高频破碎器的主轴结构特征，应用ANSYSWorkbench有限元分析软件对其进行静力分析，通过静态应力分析、疲劳寿命分析发现主轴存在断裂失效的可能；最后结合Response Surface模块，通过改变轴肩处倒角的大小以及增加卸载槽对主轴进行结构优化。结果表明，主轴轴肩处应力降低了57%，疲劳寿命提高了183.9%，对于提高高频破碎器的使用寿命具有一定的实际意义。
关键词：高频破碎器；主轴；应力；结构优化
中图分类号：TH162;TG65
文献标识码：A
The Stress Analysis and Structure Optimization of the High Frequency Knapper's Spindle
WANG Xin-wang, CAI Jia-bin,XIAO Qi-hong
( School of Mechanical Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025 , China)
Abstract : As the key component of high frequency knapper, the spindle has an important influence on force aa small deformation, long service life, firstly this article calculate the size of the force of the spindle on the ba-sis of the actual conditions existing on 60 type high frequency knapper; Secondly, according to the spindle structure characteristics of the high frequency knapper, using finite element analysis software ANSYS Work-bench doing static analysis, through the static stress analysis, fatigue life analysis found that the main shaft fracture failure may exist; Finally, this article combine the Response Surface module, make a structure opti-mization by changing the chamfering and increase the size of the shaft shoulders unload groove on the spin dle. The results showed that stress reduced by 57% , the spindle shaft shoulders fatigue life increased by 183. 9% , it has a certain practical significance on the improvement the life of the high frequency knapper. Key words: high frequency knapper; spindle ; stress; structure optimization
0引言
高频破碎器是将挖掘机的液压能转化为机械能从而进行高频破碎的设备，它因为有着较高的打击频率和较低的噪音在矿山开采、道路建设等国民经济建设中受到广泛应用。由于其工况非常复杂，加上高频振动的特性，所以高频破碎器关键部件的强度设计和可靠性设计就变得非常重要。在高频破碎器的设计过程中，主轴作为其关键部件，其弯曲特性直接影响到齿轮的啮合能力，其强度特性直接影响到高频破碎器的使用寿命，主轴力矩传递处应力过大，会存在一定的安全隐患【2]
某厂生产的60型高频破碎器，在使用了一段时间后，主轴轴肩部分出现了断裂现象，因此分析其断裂失
收稿日期：2016-10-31；修回日期：2017-04-24
效的原因，彻底解决主轴断裂失效的问题，对于克服现有主轴设计的不足，提高高频破碎器的使用寿命和和厂家的经济效益具有重要的意义。本文首先利用AN-SYSWorkbench静态结构模块，分析主轴在受力情况下的强度、刚度、疲劳特性以及扰度，检验主轴设计是否合理，然后利用其优化设计模块，改变主轴的相关设计参数，找出目前高频破碎器主轴方面的缺陷加以改进，提出一种新的解决办法，从而提高其使用寿命，使其符合高频破碎器的使用条件。
高频破碎器及其主轴结构 1
高频破碎器的基本组成部分由壳体、振动箱体（包括齿轮、偏心块）、上拉支架、下拉支架、斗齿、空气弹簧等组成3，如图1a所示，其工作原理是由振动箱
*基金项目：贵州大学创新基金（研理工2016029）；面向智能装备领域的"技术众筹"研究生创新基地（贵大研CXJD[2015]003）
作者简务数握991一），男，河南太康县人，贵州大学磺士研究生，研究方向为机电与控制工程，（E－mail)1287233298@qq.com；通讯作者：蔡
象整4—），男，贵阳人，贵州大学副教投，研究方向为摩擦学与表面工程，（E-mail）734512130@qq.com。