高堰式螺旋分级机轴的有限元分析.pdf

第29卷第3期
有色矿治
2013年6月
NON-FERROUS MINING AND METALLURGY
June 2013
文章编号:1007…967X(2013)03-0078-03
高堰式螺旋分级机轴的有限元分析
杨晨,于冠英
中国有色(沈阳)治金机械有限公司,辽宁沈阳1101411
摘要:简述了螺旋分级机的性能特点及参数选择,通过Pro/E软件针对53000高堰式双螺旋分
级机轴进行三维建模,利用 ANSYS有限元软件对螺旋分级机轴的应力和变形分布状态
进行了计算,并给出了设计建议。
关键词:螺旋分级杋;轴;有限元; ANSYS
中图分类号:'TDA454
文献标识码:A
螺旋分级机在构造上分为高堰式和沉没式两种
形式。高堰式分级机适用于粗粒分级,溢流最大粒
螺旋分级机(如图1所示)是选矿的设备之
度一般为0.4~0.15mm;沉没式分级机适用于细
螺旋分级机借助固体颗粒的比重不同,因而在液体粒分级,溢流最大粒度一般在0.2mm以下。其主
中沉淀的速度不同的原理,对固体颗粒分级进行机要参数主要有如下6项:
械分级的一种设备。它能把磨机内磨出料粉分级过
(1)水槽倾角:该倾角一般在12°~1830之间
滤,然后把粗料利用螺旋片旋入磨机进料口,把过滤当要求分级粒度细吋取小值,反之取大值
出的细料从溢流管子排出。螺旋分级机简称分级
(2)溢流堰高度:要求粒度细时,溢流堰高度应
机。高堰式螺旋分级机的溢流堰位置高于螺旋轴下取小值,反之应取大值。高堰式螺旋分级机的溢流
端的轴承中心,但低于溢流端螺旋的上缘。它具有堰高度h为螺旋直径D的1/4~3/8,沉没式螺旋分
一定的沉降区域,适用于粗粒分级,可以获得大于级机b为D的3/4~1
100网目的溢流粒度。螺旋分级机中,决定其工作
(3〕螺旋轴长度:该长度是根据溢流堰高度h、
性能、生产效率和使用寿命的主要零部件就是螺旋水槽倾角a和返砂脱水区长度1确定的。1取决于
轴。螺旋轴长期处在交变应力的作用下易发生折配套磨机所要求的返砂含水量及磨机尺寸和位置。
断,因此对其进行有限元分析是十分必要的。本文如图2所示:
以3000高堰式双螺旋分级机为例,从分析螺旋轴
受力状况入手,对螺旋轴进行有限元分析,得出了其
内部剪切应力和扭转角的变化规律,从而为结构设
计或改进提供合理依据
图2螺旋轴长度的确定
(4)螺旋导程:螺旋导程与所需返砂量、螺旋直
径和转速等因素有关。实践经验表明,一般应为螺
旋直径的0.5~0.6
(5)螺旋轴转速:其转速应既能及时返回沉砂
2292*.3
又不致产生强烈搅拌作用,以保证所要求的溢流
度。螺旋轴的转速通常为3~12r/min,大型螺旋分
图1螺旋分缎机图片
级机取小值,反之取大值。要求溢流粒度较粗时,螺
旋轴转速应高些,反之应低些。还可以按螺旋叶片
螺旋分级机与轴相关的主要参数的圆周速度计算、圆周速度15~40m/min
收稿日期;2013-03-17
作者简介:杨晨(1984-〉、男,本科,助理工程师,主要从事产品矿山设备设计和研发工作。
第3期
杨晨等:高堰式螺旋分级机轴的有限元分析
(6)处理量:螺旋分级机的处理量可分别按经
验公式以返砂量和溢流量(均按其固体质量)来计
算
3高堰式双螺旋分级机轴的基本参数
高堰式双螺旋分级机主电机功率P=40kW,
额定转速为n=1470r/min;采用四级传动的形式,
图3螺旋轴的有限元模型
减速比分别为i1=5.533,i=4.7,i=4.7,i=3.954.3边界条件
总传动比i=490。电机输出扭矩T=95495=260
外载荷为电机输出扭矩,负载为筒体产生的反
Nm,减速机输出扭矩T2=T1iai1=125524Nm
力矩(或转矩)。螺旋分级机轴由两轴承座支撑,则
=125524000Nmm。该螺旋分级机材质采用在与轴承配合处的螺旋轴一端施加径向约束,放开
Q235A,其密度为p=7900kg/m2,弹性模量为E
切向旋转和轴向位移的远端约束,另一端仅施加远
2.06×10Pa,泊松比为=0.3,材料屈服强度os端全约束。如图4所示:
=235MPa,材料的抗扭强度db=835MPa。
抗扭(弯)强度条件:rmax≤[r]=[a]/3。由
机械设计手册可查出对于精密机器的轴,其许可单
位长度扭转角[g门常取在0.15°~0.30°/m之间;对
于一般的传动轴,则可放宽到2/m左右,对于螺旋
上
分级机轴通常取[g<2。基本许用应力[a]为os
图4螺旋轴的边界条件
n,取安全系数n=1.2。计算得,抗扭许用强度[os]
4.4结构分析
得113MPa
4.4.1螺旋分级机轴的静强度校核
4有限元模型
在正常工作的情况下,由理论公式计算的扭矩
M=125524000Nmm,提取螺旋轴的最大转矩云
4.1螺旋分级机轴实体模型的建立
图,因扭转应力属于剪切应力,在查看应力分布情况
在有限元分析过程中,建模是非常关键的步骤,时应力构成选择" Maximum Shear Stress螺旋分级
按照实际结果进行建模,因为其中一些无关紧要的机轴的扭转应力分布情況,扭转应力的最大值为
部分会影响网格划分的质量和计算的速度,所以在36.214MPa小于抗扭许用强度,因此强度足够,如
建模过程中,去掉了不影响计算结果的要素。通过
图5所示:
Pro/E软件对螺旋轴进行三维建模。
螺旋轴总长:12.55m,空心轴外径0.6m,内
径0.567m,两端各有一段阶梯,分別与轴承配合
的轴相连,与传动轴配合的阶梯段外径0.6m,内
径0.579m,长0.33m,另一端外径为0.6m,内
径为0.579m,长0.22m。
4.2有限元模型的建立
图5螺旋轴剪切力变化云图
通过接口,可以把在Pro/E建好的螺旋轴三维4.4.2扭转强度和转角校核
模型直接导入 ANSYS中,对其选择 Solidl87划分
在正常情况下,取M=125524000Nmm时,
网格。 Solids87由10个节点定义,每个节点3个自查看位移情况时位移构成选择“z",即査看Z方向
由度:x,y,2方向。该元素具有空间的任何方向。的位移,螺旋分级机轴的Z向位移见图6,Z向的最
具有塑性,超弹性,应力强化,变,大变形,大应变大位移为4.057m,如图5所示。所以Z向位移
能力。因此 Solidl87单元可以满足此计算要求。最大的点对应的单位扭转角:
最终网格模型节点数为110503,单元数为24387
Z
如图3所示:
X/(L/1000)≈0.005
D)/2x
(1)