淺談偏心軸設(shè)計(jì)及其有限元分析論文
1 偏心軸及其主要應(yīng)用機(jī)械用途
(1)偏心軸和它的名字一樣，它的中心并非在軸線的中心，一般的軸，只能帶動(dòng)工件自轉(zhuǎn)，但是偏心軸，不但能傳遞自轉(zhuǎn)，同時(shí)還能傳遞公轉(zhuǎn);美國(guó)的壓縮機(jī)巨頭Copeland，就是用偏心軸來(lái)帶動(dòng)渦旋公轉(zhuǎn)從而快速高效地壓縮制劑的。在我們平時(shí)的生產(chǎn)和生活中用到最多的就是顎式破碎機(jī)和振動(dòng)篩這兩類機(jī)械對(duì)于這個(gè)部件的使用最為廣泛。除了這兩類機(jī)械意外還有一些特殊的機(jī)械在工作時(shí)會(huì)用到這個(gè)部件。偏心軸比起一般的軸較為特殊，其工作時(shí)主要承受彎矩和扭矩。而且根據(jù)其所在的機(jī)械工作條件的不同，在設(shè)計(jì)和校核時(shí)要區(qū)別處理。
(2)顎式破碎機(jī)俗稱顎破，又名老虎口。由動(dòng)顎和靜顎兩塊顎板組成破碎腔，模擬動(dòng)物的兩顎運(yùn)動(dòng)而完成物料破碎作業(yè)的破碎機(jī)。廣泛運(yùn)用于礦山冶煉、建材、公路、鐵路、水利和化工等行業(yè)中各種礦石與大塊物料的破碎。被破碎物料的最高抗壓強(qiáng)度為320Mpa。顎式破碎機(jī)在礦山、建材、基建等部門(mén)主要用作粗碎機(jī)和中碎機(jī)。按照進(jìn)料口寬度大小來(lái)分為大、中、小型三種，進(jìn)料口寬度大于600mm 的為大型機(jī)器，進(jìn)料口寬度在300～600mm的為中型機(jī)，進(jìn)料口寬度小于300mm的為小型機(jī)。顎式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，工作可靠。顎式破碎機(jī)的工作部分是兩塊顎板，一是固定顎板(定顎)，垂直(或上端略外傾)固定在機(jī)體前壁上，另一是活動(dòng)顎板(動(dòng)顎)，位置傾斜，與固定顎板形成上大下小的破碎腔(工作腔)。活動(dòng)顎板對(duì)著固定顎板做周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，時(shí)而分開(kāi)，時(shí)而靠近。分開(kāi)時(shí)，物料進(jìn)入破碎腔，成品從下部卸出;靠近時(shí)，使裝在兩塊顎板之間的物料受到擠壓，彎折和劈裂作用而破碎。顎式破碎機(jī)按照活動(dòng)顎板的擺動(dòng)方式不同，可以分為簡(jiǎn)單擺動(dòng)式顎式破碎機(jī)(簡(jiǎn)擺顎式破碎機(jī))。復(fù)雜擺動(dòng)式顎式破碎機(jī)(復(fù)擺顎式破碎機(jī))和綜合擺動(dòng)式顎式破碎機(jī)三種。動(dòng)顎上端直接懸掛在偏心軸上，作為曲柄連桿機(jī)構(gòu)的連桿，由偏心軸的偏心直接驅(qū)動(dòng)，動(dòng)顎的下端鉸連著推力板支撐到機(jī)架的后壁上。當(dāng)偏心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)顎上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是由懸掛點(diǎn)的圓周線(半徑等于偏心距)，逐漸向下變成橢圓形，越向下部，橢圓形越偏，直到下部與推力板連接點(diǎn)軌跡為圓弧線。由于這種機(jī)械中動(dòng)顎上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡比較復(fù)雜，故稱為復(fù)雜擺動(dòng)式顎式破碎機(jī)。振動(dòng)篩是利用振子激振所產(chǎn)生的往復(fù)旋型振動(dòng)而工作的。振子的上旋轉(zhuǎn)重錘使篩面產(chǎn)生平面回旋振動(dòng)，而下旋轉(zhuǎn)重錘則使篩面產(chǎn)生錐面回轉(zhuǎn)振動(dòng)，其聯(lián)合作用的效果則使篩面產(chǎn)生復(fù)旋型振動(dòng)。其振動(dòng)軌跡是一復(fù)雜的空間曲線。該曲線在水平面投影為一圓形，而在垂直面上的投影為一橢圓形。調(diào)節(jié)上、下旋轉(zhuǎn)重錘的激振力，可以改變振幅。而調(diào)節(jié)上、下重錘的空間相位角，則可以改變篩面運(yùn)動(dòng)軌跡的曲線形狀并改變篩面上物料的運(yùn)動(dòng)軌跡。對(duì)于這兩類機(jī)械的偏心軸部件在進(jìn)行設(shè)計(jì)與校核時(shí)要根據(jù)給定條件進(jìn)行，一定要滿足設(shè)計(jì)要求。
2 有限元應(yīng)用對(duì)偏心軸設(shè)計(jì)制造的促進(jìn)作用
(1)有限元分析(FEA，F(xiàn)inite Element Analysis)利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)(幾何和載荷工況)進(jìn)行模擬。還利用簡(jiǎn)單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無(wú)限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。有限元分析是用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的(較簡(jiǎn)單的)近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的'滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件)，從而得到問(wèn)題的解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題被較簡(jiǎn)單的問(wèn)題所代替。
(2)由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。這為我們進(jìn)行偏心軸的強(qiáng)度和剛度以及疲勞強(qiáng)度的分析是十分有用的，為此在這方面下功夫也是很有意義的。使得對(duì)于軸的各方面指數(shù)得到比較全面科學(xué)的分析與統(tǒng)計(jì)，從而制造出更加完美的產(chǎn)品。
3 結(jié)語(yǔ)
由于我國(guó)現(xiàn)在還是處在一個(gè)制造也飛速發(fā)展并不斷追趕世界先進(jìn)的時(shí)候，我們有很多地方和德國(guó)等有相當(dāng)差距。但是有些過(guò)程是可以進(jìn)行跳躍式發(fā)展的，通過(guò)高新軟件和傳統(tǒng)工業(yè)相結(jié)合可以大大提高我們的發(fā)展速度。從中總結(jié)出我們自己的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)供后代工程人員使用，我們的高端制造也沒(méi)有歷史，但是我們的高端“智造業(yè)”可以創(chuàng)造歷史。
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