抛料机轴系的力学分析

抛料机轴系的力学分析摘要对由于偏心转动引起的动载荷力对轴系的影响，进行轴系振动、强度等的计算，确定轴系的各个参数，使设计的轴系在工况下，平稳、安全运行。关键词弹性轴系偏心自振频率转速强度1.简述实际中，常常遇到轴－圆盘转动机构，与轴配合的圆盘组成旋转轴系，在轴承的支撑下转动。散物料从顶部进入机壳内，落在旋转抛料机的圆盘上，物料受离心力作用，洒向壳壁上，被环槽上小孔流出的水混合成料浆，从壳体底部的管口排除。抛料机就是这样一种将松散物料抛撒开来的设备。由于制造和安装的误差，圆盘的质心不在轴系的几何中心，实际的轴系具有一定的“偏心”e。轴系高速转动时，此偏心 e 引起的离心力横向作用在轴上。由于圆盘的质量远大于轴的质量，因而轴－圆盘旋转体可看成，轴是无质量的弹性体而圆盘是有质量的刚体，两者组成的轴系是一个弹性轴体系。某厂在抛料机产品的轴系设计过程中，本人参加了此类轴系的力学计算和设计工作。以离心力 F 对轴系的动载荷所引起轴的挠度为出发点，通过计算，对比选择适当的轴径，使轴系旋转时达到稳定，安全。2.力学方程将抛料机轴系简化成外伸简支梁（图 1）。图 1 中 A、B 为轴承支点，圆盘离心力 F 作用在 C 点。由于该抛料机的能力已定，因而抛料圆盘的质量 m 基本是常量，l、a 的取值范围也在有限的范围中选取。轴的直径直接影响轴系的弹性，因此对轴系的强度影响较大。则离心力 F 越大，轴所受到的动载荷越大，反过来，又引起更大的轴变形，最后可能引起轴的弯曲变形以致造成失效。另一方面，作为弹性体系，变形式（4）说明，轴的变形与偏心距 e 成正比。表明圆盘－轴的制造、安装精度影响轴的弯曲变形。另外，轴系自振频率 wA 和实际转速 w 的比值，也直接影响到轴的弯曲变形的值。下面分几种情况，通过式（4）分析轴系的变形－e，这时圆盘的质心自动趋向轴的旋转中心，将原轴系的几何中心“挤开”，挤开的间距等于 e 值。上称为“高速自动定心”。一般情况下，上述条件的轴一般按“刚性轴”进行计算、选取和设计。其原因，若是柔性轴（工作转速高于自振频率），当机器启动时，轴系的转速从 0 升至 w 的过程中，度过自振频率 wA 附近时，轴系和机体将剧烈振动。下面围绕选定轴径来进行计算。3.轴系的弹性系数 k 的计算，d—轴径，mm4.轴的强度校核当 d＝60mm、ω／wA＝0.62，代入式（4），得圆盘处轴的挠度值δ（图 1 中 C 点的挠度值，下，轴的...