文档介绍：振动与冲击
第 29卷第 5期 JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK
锤片式粉碎机转子结构动态优化设计
王晓博1,3,谢瑞清2,丁武学1,王栓虎1
(,南京 210094;,成都 610041;
,成都 610031)
摘要:运用有限元法对锤片式粉碎机进行了动力学分析,得到了转子的固有频率、模态振型及不平衡响应等动
态特性参数。利用灵敏度分析技术研究了各结构参数对转子动态性能的影响程度。以转子重量和不平衡振动响应为状
态变量,以转子的固有频率为目标函数对结构进行了动态优化设计。优化结果表明,转子动态性能得到明显改善,为解决
粉碎机的振动问题提供了有效的途径。
关键词:锤片式粉碎机;优化设计;灵敏度分析;动力学分析;有限元法
中图分类号:TH133 文献标识码:A
锤片式粉碎机是目前饲料工业中应用最广泛的一
种粉碎机机型,它主要利用高速旋转的锤片对物料产
生强烈的冲击和摩擦来达到对物料破碎的目的,具有
结构简单、通用性好、适应性强、生产率高的特点。但
由于是在高速旋转工况下的机械,这类粉碎机普遍存
在振动和噪音较大的问题。目前国内外对锤片式粉碎
机的研究主要集中在,诸如转子直径、粉碎室宽度、锤
片末端线速度、锤筛间隙、锤片数量、锤片厚度、锤片排
列方式以及吸风量等因素对粉碎机工作效率的影响
上,其研究目的多在于提高粉碎效率,节能降耗[1-5]。
图 1 锤片式粉碎机转子-轴承系统 CAD模型
但对锤片式粉碎机的动态特性及其影响因素的研究则
相对较少,关于锤片式粉碎机结构动态优化设计的研 12 有限元模型
究则几乎空白。根据转子的实际结构,在不影响计算精度的前提
本文利用有限元分析软件 ANSYS,对锤片式粉碎下,建立转子有限元模型过程中进行了以下简化:
机转子-轴承系统进行了动力学分析,得到了系统的(1)将主轴和定位套筒合并为一个几何实体,采
固有频率、振型以及不平衡振动响应。基于灵敏度分用 BEAM188梁单元来模拟。对于主轴的变截面结构,
析原理分析各结构参数对系统动态特性的影响,并根可以通过定义不同的梁截面来模拟。
据现代机械优化设计理论对转子结构进行优化,可为(2)锤架板、挡圈、锤片、销轴、锤片隔套等零件随
相似类型的旋转机械的动态优化设计提供参考。着主轴一同旋转,将其简化为三维质量单元 MASS21。
1 转子-轴承系统有限元模型及动力学分析(3)BIN14
弹簧单元来模拟。BIN14是一维弹簧单元,
11 锤片式粉碎机转子的基本结构所以考虑在主轴的水平和垂直方向分别设置 2个
图 1为锤片式粉碎机转子的 CAD模型。BIN14单元,来分别模拟滚动轴承在这两个方向的
碎机的转子主要由主轴、锤架板、定位套筒、锤片、销弹性。在主轴与联轴节连接处,考虑存在弹性连接,所
轴、锤片隔套,以及其他一些标准件(如键、开口销、圆以在水平和垂直方向上也设置两个弹簧单元,来模拟
螺母、止推垫圈等)组成。锤片式粉碎