螺旋分级机轴头连接结构的有限元分析比较

利用SolidWorks三维设计软件的Simulation分析模块，对2m螺旋分级机上轴头不同的几种连接结构进行建模，并做了有限元分析比较，对今后轴头连接结构的进一步改进和优化设计提供了理论依据。 
　　一、引言 
　　螺旋分级机是重力选矿厂的主要设备之一，其构造简单、工作稳定且操作方便，与球磨机配成闭路循环，借助固体颗粒因比重不同而在液体中沉淀速度不同的机理，来进行机械分级。主要用于磨矿回路中的预先分级和检查分级，也可用于洗矿和脱泥等作业。螺旋分级机主要有高堰式单螺旋和双螺旋、低堰式单螺旋和双螺旋、沉没式单螺旋和双螺旋分级机，低堰式分级机目前运用较少，主要是高堰式和沉没式。螺旋分级机主要结构如图l所示。 
　　其主要由传动装置、螺旋轴体、槽体、升降机构、下部支座和排矿阀等组成。 
　　螺旋分级机的工作原理是：因为于固体颗粒的大小和比重不同，所以在液体中沉降速度不同的原理，通过螺旋轴体的转动，对矿浆起搅拌作用，细矿颗粒浮游于矿浆上面由槽体溢流口流出，粗矿粒沉于槽底，由螺旋在搅拌的同时推向槽体上部排料口作为返砂排出。通常螺旋分级机与磨机组成闭路，将粗砂返回磨机再磨。 
　　螺旋分级机的螺旋轴体结构如图2所示，其通过电动机、减速器、圆柱齿轮或圆锥齿轮副进行传动，其使用寿命决定了螺旋分级机整体工作性能和生产效率，螺旋轴体的轴头和中空轴在螺旋分级机工作中，长期处于交变应力的作用下，轴头、中空轴及其连接处容易发生断裂或脱离。因此，对螺旋轴体的轴头与中空轴的连接进行分析设计是十分必要的。本文利用SolidWorks三维设计软件，以2m螺旋分级机上轴头连接为例，对目前采用的几种轴头与中空轴的连接方式进行三维建模有限元分析，为进一步结构设计和改进提供合理的依据。 
　　二、2m螺旋分级机主要技术参数 
　　1.主要技术参数 
　　（1）电机功率：15kW。 
　　（2）电机转速：970r/min。 
　　（3）减速机速比：31.5。 
　　（4）大小齿轮速比：8.5523。 
　　（5）总速比：269.4。 
　　（6）螺旋轴转速：3.6r/min。 
　　（7）中空轴规格：377×30mm。 
　　2.有限元分析时零件材质相关属性参数有限元分析时零件材质相关属性参数如表1所示。
　　3.计算中空轴所受的最大扭矩 
　　（1）电机输出扭矩。 
　　平衡方程式：T=9550P/n 
　　式中，T为电机输出转矩，单位为N·m；P为电机功率，单位为kW；n为电机输出转速，单位为r/min。 
　　根据平衡方程式计算电机输出转矩扭： 
　　T=9550×15/970=147.68（N·m） 
　　（2）中空轴所受最大扭矩。 
　　T（轴）=Txi减Xi齿 
　　式中，f减为减速机速比；f齿为大小齿轮速比。 
　　T（轴）=147.68×31.5×8.5523=39785N·m 
　　三、轴连接结构的有限元分析 
　　SolidWorks三维CAD设计软件，除其基本的零部件三维建模和工程图快速生成外，它还内容包括了应力分析、应变分析、变形分析、热力分析、运动分析、线性和非线性分析等有限元分析模块，通过对这些模块的应用，我们可以大大地缩短设计周期，对零部件的结构进行优化设计，非常接近地模拟出产品在实际工况条件下的使用状态，降低产品测试成本，提高产品质量。