基于ADAMS的高速離心霧化器料液噴灑盤的偏心距對主軸強度的影響

吳海洋　劉清嫦

（東莞新科技術(shù)研究開發(fā)有限公司，東莞 523000）

基于ADAMS的高速離心霧化器料液噴灑盤的偏心距對主軸強度的影響

吳海洋劉清嫦

（東莞新科技術(shù)研究開發(fā)有限公司，東莞 523000）

本文通過應(yīng)用多體動力學(xué)分析軟件ADAMS，研究柔性化的主軸在工作過程中各點的應(yīng)力隨時間的變化關(guān)系，也得到料液噴灑盤的偏心距與主軸強度的關(guān)系式，為高速離心霧化器的設(shè)計和裝配提供了可靠的理論指導(dǎo)。

剛體 柔性體 動力學(xué) 有限元

1　概述

噴霧干燥是通過噴霧把供給的料漿噴射進入熱干燥介質(zhì)，使流體材料轉(zhuǎn)變成干燥粉粒的過程。它在當(dāng)今的藥物、陶瓷、染料等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣。電動高速霧化器作為噴霧干燥設(shè)備因具有低振動、低功耗、高轉(zhuǎn)速、高穩(wěn)定性等優(yōu)點，而日益受到客戶的青睞，使用日趨廣泛。

疲勞強度是指材料在無限多次交變載荷作用下產(chǎn)生破壞的最大應(yīng)力，又稱為疲勞極限。疲勞強度是衡量機械零件抵抗失效能力的重要指標，是機械零部件首先應(yīng)滿足的基本要求。在高速離心霧化器中，由于裝配在主軸上的料液噴灑盤與主軸的同軸度不可能為零，在主軸的長時間高速旋轉(zhuǎn)中，當(dāng)產(chǎn)生的交變應(yīng)力超過主軸的疲勞強度時，就會發(fā)生脆性斷裂，造成較大經(jīng)濟損失。因此，研究高速離心霧化器的料液噴灑盤與主軸偏心距對主軸強度影響具有重大的現(xiàn)實意義。

2　高速離心霧化器的工作原理

離心霧化器由料液分配盤、料液噴灑盤、殼體、主軸、進料口等部門組成，結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1　高速離心霧化器結(jié)構(gòu)原理圖

高速馬達直接或通過皮帶輪驅(qū)動主軸在工作轉(zhuǎn)速允許范圍內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，一般轉(zhuǎn)速在4000～12000r/min。主軸上裝有噴灑盤，料液通過進料管進入料液分配盤后，再進入高速旋轉(zhuǎn)的噴灑盤后進行霧化。

霧化器的主軸是離心干燥機的關(guān)鍵部件。料液噴灑盤對主軸軸心的偏心距直接影響主軸的強度，從而影響主軸的壽命。

3　霧化器主軸的柔性化分析

因為受噴灑料盤加工精度的影響，它相對于主軸中心具有偏心距。在離心霧化器高速旋轉(zhuǎn)時，主軸會上下擺動，產(chǎn)生彎曲，從而影響主軸的壽命。因此，需要分析料液噴灑盤的偏心距對主軸強度的影響，如圖3所示。

圖3　分析的對象

3.1柔性主軸的建立

利用有限元軟件ANSYS，直接生成主軸的MNF（模態(tài)中性文件）文件。為了保證將主軸導(dǎo)入ADAMS后的正確連接，需要在連接部位創(chuàng)建外界點（attach point），通過MPC單元與之相連。

3.2柔性主軸的動態(tài)仿真分析

在ADAMS中導(dǎo)入模態(tài)中性文件后，再在柔性體與零件之間施加約束和轉(zhuǎn)速（如圖4所示）。

圖4　柔性主軸在ADAMS中的模型

圖5　主軸的轉(zhuǎn)速曲線

圖6　噴灑盤的擺動曲線（偏心距10um）

圖7　主軸應(yīng)力最大節(jié)點的應(yīng)力曲線（偏心距10um）

此外，從圖5、6、7可以看出，主軸在工作過程中各點的應(yīng)力隨時間會發(fā)現(xiàn)變化。當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速在0.6s內(nèi)從0加到2094.4rad/s的過程中，主軸產(chǎn)生抖動，在0.62s后趨于穩(wěn)定。

使用ADAMS軟件可以計算出料液噴灑盤相對于主軸軸心不同偏心距下，主軸的最大位移和應(yīng)力，如表1的偏心距主軸位移、應(yīng)力關(guān)系，從而得到偏心距與主軸強度的關(guān)系y=1.1024x+0.9602（R2=0.9998），如圖8所示?？梢?，料液噴灑盤的偏心距與主軸強度成線性關(guān)系。

表1　偏心距主軸位移、應(yīng)力關(guān)系表

4　結(jié)論

圖8　偏心距與應(yīng)力曲線

隨著市場競爭的加劇，產(chǎn)品更新周期越來越短，企業(yè)對新技術(shù)的需求也更加迫切。而有限元數(shù)值模擬技術(shù)和多體動力學(xué)虛擬現(xiàn)實技術(shù)是縮短設(shè)計周期、提升產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)品競爭力的一項有效手段。本文通過應(yīng)用多體動力學(xué)分析軟件ADAMS，研究柔性化的主軸在工作過程中各點的應(yīng)力隨時間的變化關(guān)系，得到料液噴灑盤的偏心距與主軸強度的關(guān)系式，為高速離心霧化器的設(shè)計和裝配提供了可靠的理論指導(dǎo)。例如，在設(shè)計中對主軸、殼體和料液噴灑盤的同軸度要求，在裝配時對偏心距的手工修正都可以參考此關(guān)系式。同時通過ADAMS得到時間vs應(yīng)力的曲線，也可以為疲勞分析提供主軸工作時載荷參數(shù)，以便預(yù)測主軸的壽命。

綜上所述，應(yīng)用ADAMS軟件研究高速離心霧化器料液噴灑盤的偏心距對主軸強度的影響具有較高的參考和指導(dǎo)意義。

[1]程立平，張云清.機械系統(tǒng)動力學(xué)分析及ADAMS運用教程[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2005.

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[3]潘永康，王喜忠，等.現(xiàn)代干燥技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

Based ADAMS Eccentric High-speed Centrifugal Atomizer Spray Liquid Feed Tray From the Impact of the Strength of the Spindle

WU Haiyang,LIU Qinge
(Dongg uan New Technology Research and Devel opment Co., Ltd., Dongguan 523000)

In this paper, through the application of dynamic analysis software ADAMS multi-body, Fl exible sha ft during operation of the stress changes with each point of time, it has also been sprayed liquid feed with the spindle disc eccentricity strength relationship for the high-spe ed centrifugal fog of the design and assembly provides a reliable theoretical guidance.

rigid, flexible body dynamics, finite element