Workbench的卧辊磨辊轴强度计算.doc

基于Ansys Workbench的卧辊磨辊轴强度计算
吕中辉1 张林勇2 张华2 张家凡1 黄之初3
1 武汉工业学院机械工程学院(430023)
2江苏科行环境工程技术有限公司(224000)
3武汉理工大学机电学院(430060)
摘要:基于Ansys Workbench仿真平台,针对卧辊磨辊轴的一种受力状况建立力学模型,进行有限元分析。对一个卧辊磨辊轴静力强度和疲劳安全系数计算结果表明:在所讨论的受力状况下,该磨辊轴满足静强度和抗疲劳设计要求。
关键词:Ansys Workbench;卧辊磨;静强度;疲劳强度
引言
ANSYS Workbench Environment(AWE)是新一代多物理场协同CAE仿真环境,针对航空、汽车、电子产品结构复杂,零部件众多的技术特点,AWE可以识别相邻的零件并自动设置接触关系从而可节省模型建立的时间。AWE还提供了与CAD软件及设计流程之间的无与伦比的整合性,从而发挥CAE对设计流程最大限度的贡献[1]。
磨辊轴是卧辊磨的关键部件,工作时承受着很大的工作载荷。其受力分别为液压活塞通过加压杆作用于辊轴颈部的液压力,以及辊压面粉磨物料的反作用力(包括切向的摩擦力)。辊轴的静力强度和疲劳安全系数计算是卧辊磨结构设计的重要组成部分。本文先简要介绍了卧辊磨的工作原理,然后根据辊轴在工作过程中的受力情况,给出一种简化的力学分析模型, 用AWE建立有限元模型,进行静强度校核,最后基于静力计算结果对其进行疲劳强度分析。
1. 卧辊磨的工作原理与磨辊轴力学模型

卧辊磨主要是由一个支托在液压滑履上的回转筒体和一个横卧在筒体内的自由回转的压辊组成的。回转筒体由电机通过减速机、传动小齿轮、大齿轮驱动。筒体粉磨带附有耐磨衬板圈, 压辊借助液压缸向衬板上的物料施压、并随回转筒体转动。卧辊磨由喂料机、粉磨带和卸料带三部分组成,物料借助于一个特殊结构的装置均匀地喂入压辊中。根据物料粉磨工艺要求,通过导料板可以调整物料的辊压次数,以达到调整出料细度的目的[2]。
辊轴的受力状况与模型简化
如图1所示,在静力状态下,一个卧辊磨辊轴所受外载荷主要是两端轴颈半圆柱面上各受到N的压力,以及辊轴辊压面底部受到相同数值的反力。静应力计算时还考虑了辊轴自重力和旋转产生的离心力作用。辊轴辊压面底部所受到的切向摩擦力、滚动轴承对压辊的摩擦阻力较之辊轴所受到的液压力来说很小,忽略不计。
图1. 辊轴的受力状态
力学模型简化:以物料的压实层作为支撑,压辊轴与物料层的接触面(沿辊压面轴向分布)设定为15º圆周面,在该面上施以固定位移约束,压辊轴两端轴颈上半圆柱面施加载荷。

本文有限元计算采用在业界久负盛名的ANSYS大型通用有限元分析软件,这里采用其最新版本ANSYS Workbench [3]。

(1)辊轴材料性能参数设定
首先设定辊轴材料的相关参数,查阅文献[4]、[5]得材料的密度为7850kg/m3、×105 MPa、泊松比=、抗拉强度590 MPa、屈服强度390 MPa、以及疲劳寿命曲线数据如表1所示。
表1:S-N疲劳寿命曲线数据
S(MPa)



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