關(guān)于振動篩振動電機(jī)安裝軸的斷裂分析探討

摘要：在工業(yè)和食品行業(yè)中常用到的振動篩在使用過程中會出現(xiàn)安裝軸發(fā)生斷裂的情況。本文主要通過對安裝軸進(jìn)行受力分析，找出造成安裝軸斷裂的原因，并進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核，發(fā)現(xiàn)安裝軸不一定能滿足疲勞強(qiáng)度要求。對此還對設(shè)計做出了一些改進(jìn)建議。

關(guān)鍵字：振動篩；振動電機(jī)；安裝軸；強(qiáng)度；分析

1.引言

現(xiàn)在在食品領(lǐng)域和重工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域上都會用到由振動電機(jī)作為驅(qū)動的振動篩，食品領(lǐng)域主要有糧食、飼料、食品加工等，重工業(yè)領(lǐng)域主要有冶金、機(jī)械、采礦等，主要是利用振動將物料中的雜質(zhì)去除，還可將物料進(jìn)行篩選分類等。隨著市場需求的不斷加大，食品行業(yè)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，振動篩的需求開始向著中大型發(fā)展。

在日常生產(chǎn)中，見得比較多的是振動電機(jī)安裝在篩體兩側(cè)的振動篩，但少數(shù)的電機(jī)也會安裝在篩體的底部或者頂部的安裝軸上。對于某些中大型的振動篩，它的電機(jī)一般選擇安裝在篩體底部。在使用過程中，偶爾會出現(xiàn)篩體震裂和安裝軸斷裂的現(xiàn)象。因此，在設(shè)計和制造的過程中，要重視此類情況，盡可能的避免其發(fā)生。當(dāng)篩體的長、寬、重量較大的時候，就算安裝軸直徑增得較大，但在使用過程中還是會發(fā)生斷裂。

在工作的時候，篩體的提供振動的電機(jī)的安裝軸都會承受多種形式的動載荷，在動載荷的作用下就會在軸和篩體上產(chǎn)生相應(yīng)的動應(yīng)力。由于振動是周期性的，所以產(chǎn)生了周期性的應(yīng)力變化。當(dāng)應(yīng)力變化隨著時間不斷循環(huán)到達(dá)某個值的時候，篩體和安裝軸就會出現(xiàn)疲勞破壞。因此，在設(shè)計時，除了要考慮篩體和安裝軸的靜強(qiáng)度以外，還要考慮他們的疲勞破壞，綜合彎曲、扭轉(zhuǎn)等情況以及交變應(yīng)力的作用，對構(gòu)件進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算。

2.振動電機(jī)安裝軸受力分析

在對振動電機(jī)安裝軸進(jìn)行受力分析之前，為了簡化分析，對其做了幾點(diǎn)假設(shè)：假設(shè)一，將電機(jī)安裝軸的自重忽略；假設(shè)二，將安裝軸看做是一端為鉸鏈支座另一端為活動鉸鏈支座的梁，另外，振動篩工作時，兩耳板會有彎曲變形；假設(shè)三，兩電機(jī)的在工作時會產(chǎn)生脈動動載荷，會使安裝軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動，故其重量的影響不能忽略；假設(shè)四，忽略需要篩選的物料對分析計算的影響，將振動篩的振動看為線性振動。

從三個坐標(biāo)平面對振動電機(jī)安裝軸進(jìn)行受力分析，發(fā)現(xiàn)安裝軸在三個平面內(nèi)均受到力偶的作用。電機(jī)產(chǎn)生的兩個激振力集中作用在安裝軸上，且隨著時間不斷變化。同時振動電機(jī)還會以力矩的形式給安裝軸兩個軸向的激振力，力矩的大小也會隨著時間周期性變化。由于振動慣性力導(dǎo)致篩體發(fā)生彎曲變形，又產(chǎn)生兩個力矩，且這兩個力矩也會隨時間不斷變化。最后，由電機(jī)自重和偏心距的影響，產(chǎn)生能使安裝軸做彈性振動的扭矩，且扭矩也會隨時間周期性變化。

3.安裝軸的疲勞強(qiáng)度計算

做完了受力分析，接下來進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算。通過之前的分析可以知道，在外載荷和彎矩的作用下，在安裝軸內(nèi)產(chǎn)生了彎矩，在振動電機(jī)自重的作用下，對安裝軸產(chǎn)生了扭矩。因此，有兩種組合變形需要進(jìn)行討論：一是彎曲扭轉(zhuǎn)組合變形，二是拉壓彎曲與扭轉(zhuǎn)組合變形。根據(jù)設(shè)計手冊選擇安裝軸在受到交變應(yīng)力作用下的工作安全系數(shù)和許用安全系數(shù)。通過查找材料手冊，找到安裝軸對應(yīng)的材料的力學(xué)性能，例如屈服強(qiáng)度值、剪切許用應(yīng)力值等，在根據(jù)所選擇的安裝軸尺寸大小，計算安裝軸的重量，結(jié)合之前受力分析得到的力、力矩的大小4.幾項改進(jìn)措施

4.1 增大篩體橫向抗彎曲剛度。要想增大篩體橫向的抗彎曲剛度，可以采用在篩體的上部和下部增加橫向的鋼件的方法，在此之上耳，將加固了加強(qiáng)筋的耳板加設(shè)在篩體底部，以加強(qiáng)篩體的剛度。

4.2 提高安裝軸的疲勞強(qiáng)度。提高安裝軸的疲勞強(qiáng)度可以通過以下方法達(dá)成：將周徑減小，換一種材質(zhì)更合適的鋼材；為加強(qiáng)安裝軸的強(qiáng)度，可以將棒料改成厚壁鋼管；在剛體表面進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理以增強(qiáng)剛體強(qiáng)度。另外，盡量減少交變應(yīng)力的產(chǎn)生和降低電機(jī)的振動，可以通過將兩電機(jī)安裝在一塊特制的板上來實(shí)現(xiàn)。電機(jī)的振動頻率也會影響安裝軸的疲勞強(qiáng)度，選擇合適的激振力和振動頻率，能較好的避免安裝軸和篩體達(dá)到疲勞極限。

5.結(jié)論

根據(jù)中大型振動篩電機(jī)的布置情況，對電機(jī)的安裝軸進(jìn)行了受力分析和強(qiáng)度計算，分析計算結(jié)果表明，在工作過程中，安裝軸受到來自振動電機(jī)的三個方向的交變動載荷，這是直接導(dǎo)致安裝軸發(fā)生斷裂破壞的最主要原因。針對上述疲勞強(qiáng)度計算的結(jié)果可以知道，大型振動篩沒有滿足強(qiáng)度要求。對此，筆者針對大型振動篩的設(shè)計提出了一些改進(jìn)方法，希望有助于改善振動篩振動電機(jī)安裝軸斷裂的情況。

6.參考文獻(xiàn)

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7.作者簡介：

張冠（1959—），男，江蘇省海安縣人，工程師，江蘇省振動工程學(xué)會會員，從事振動機(jī)械設(shè)備設(shè)計研究工作。