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锤式破碎机主轴系统的优化设计

作者:博群机械 更新时间: 浏览次数:171次
锤式破碎机主轴系统的优化设计

锤式破碎机的主轴系统由主轴、隔板、锤轴和破碎锤等组成,它是锤式破碎机的核心部件,主轴系统的稳定性对锤式破碎机的破碎效率有重要影响,因此,有必要对锤式破碎机的主轴系统进行优化设计,本文通过参数优化和结构优化两方面对主轴系统进行优化设计。

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一、主轴系统的参数优化

主轴系统的锤头质量、主轴转速、锤击半径对锤头破碎力、振动等有较大影响。锤头破碎力主要取决于锤头提供的冲击能,冲击能越大,破碎效果越好。主轴系统的振动特性也是一项重要的评价指标,主要体现在主轴系统的低阶固有频率,固有频率主要由主轴系统的隔板半径、主轴半径等结构参数决定。破碎锤与主轴辊在反复的碰撞过程中受到不断变化的交变应力,为了提高主轴系统的强度与使用寿命,要尽量减小各零部件所受的应力,即应保证破碎锤的最大应力不超过材料强度极限,且主轴辊的最大动应力与变形不超过极限值。

确定了优化模型之后,采用离散变量型正交网格法来进行主轴系统的优化,离散变量型正交网格法是一种常用的离散变量寻优方法。在优化过程中,将选定的设计变量定义为因素,按照设计需求为设计变量确定若干个取值,每个取值对应一个水平,列出设计因素水平表。之后,根据优化需求及精度选定合适的正交表,并利用正交表均匀选取网格法中有代表性的网格点作为计算点,按正交试验直观分析法求得新的寻优方向及迭代点。这样,就将离散变量的优化问题转化为方案的优选问题,将优化目标作为评价指标,利用上述提出的评价方法即可选出综合性能最优的计算点,即实现了主轴系统的优化问题。
二、主轴系统的结构优化

1、首先针对安装胀套的过渡截面,分析后发现胀套是依靠两边的挡圈定位的,没有与过渡截面直接接触,此处的圆角可以尽可能大一些,所以将此处圆角增大为10mm;另外对于安装轴承定位环的轴台,在加工时未设圆角,但经分析发现轴承定位环只与轴台部分接触,在不影响装配的情况下,可以在台阶处留R=3mm的圆角,以防止轴台处发生崩裂。

2、对皮带轮与主轴连接方式进行优化。采用轴承盖与定位环的结构固定皮带轮,不但可以减少在轴上开槽造成的强度损失,而且还方便拆卸。

3、将主轴中间主体部位的轴径由原来的220mm缩小为210mm。对优化后的主轴进行二次分析,发现原危险点位置最大应力由90MPa降低到68MPa,其他部位应力也更为均匀,应力集中系数降低为1.2。另外,减小主体部位的轴径并未影响主轴危险截面的位置,并且其刚度依然符合工作需求。经分析可知优化过后主轴力集中现象得到明显改善,提高了主轴的疲劳强度;另外在静强度与刚度符合要求的条件下,主轴质量减少8%,节约了材料,并且降低了加工难度。

主轴系统直接影响着锤式破碎机的工作性能,通过对主轴系统的参数和结构优化,从而提高主轴的综合性能,延长了使用寿命,节约了成本,另外,为锤式破碎机性能的进一步优化奠定了重要的基础。