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防爆风机主轴单元静、动态特性分析.pdf

第24卷第12期 机械设计 V01.24No.12 2OO OFMACHINEDESIGN Dec. 2007 7年12月 JOURNAL 防爆风机主轴单元静、动态特性分析 宗荣珍 (南阳理工学院机电系,河南南阳473004) 摘要:采用有限元分析方法,根据防爆风机工作情况及主轴单元结构建立了主轴单元的三维计算模型,运用ANSYS 软件.对主轴单元结构和静、动态特性进行了计算,具体包括主轴在栽荷作用下所受的应力、产生的变形、各阶固有频率 和振型、临界转速等,为优化主轴结构和改善主轴的动静态特性提供理论依据。根据振动测试原理,建立了主轴单元的 动态测试系统,对主轴单元进行试验模态分析。通过采集系统输入与输出信号,经参数识别而获得试验模态参数。将理 论计算与试验结果相比较,结果表明,所建立的模型是有效的。文中对数据进行了分析,提出了改进主轴结构的建议。 关键词:防爆风机;主轴;静动态特性;有限单元法;ANsYS 棉 中图分类号:啊{45.5;TH33.2文献标识码:A 文章编号:1001—2354(2007)12—0060一04. 防爆型风机是用于含有瓦斯或粉尘爆炸性危险的煤矿井 N·m,叶轮质量:45蝇,铁心质量:66.85kg,轴承型号:6313一 下通风设备。主轴是风机的关键承载部件,风机主要的工作构 Z2(GB/-1276—1994)。 件如叶轮、定子、轴承等均安装在主轴上,主轴的设计应能保证 承受工作过程中的外载荷而不发生残余变形和过量的弹性变 形,同时保证一定的使用寿命。但国内曾有主轴断裂的事情发 生,一方面是由于内部锻造缺陷、表面加工缺陷或应力集中的 存在,使风机主轴在长期交变应力作用下生成裂纹,引发疲劳 断裂;另一方面是由于主轴的某阶固有频率与工作频率相等或 图1主轴单元结构 相近时,使振幅剧增,发生共振所致;第三为振动引起的附加动 应力超过应力极限,导致突然破坏。此外,过量的振动和因振 2有。限元计算 动而引起的噪声还会污染环境,损害人们的健康。与此相反, ● 有时因为害怕断裂而采用过大的安全系数,还会造成材料浪 2.1静态分析 费,经济效益下降。因此,主轴的各阶固有频率应作为主轴不 (1)建立有限元模型。建立有限元模型前,先对实体模型 可忽视的一项评价指标,设计时应使其避开客观存在的激振频 进行适当简化,忽略螺孔、倒角、退刀槽等细小局部的影响。根 率的25%左右。所以对主轴结构的研究和动静态特性分析,尤 据实际结构情况,主轴单元简化为前端(叶轮端)固定、后端游 其是研究主轴的各阶固有频率和主振型对进一步提高防爆风 动的简支梁结构。 机的工作性能具有十分重要的意义。 风机主轴单元属于电主轴。电主轴具有结构紧凑、质量 是在三维四面体单元的基础上建立起来的一种高阶单元,更适 轻、惯性小、响应特性好等特点,近年来发展非常迅速,比较多 合于建立精度要求较高、边界为曲线的模型,但求解所耗费的 地应用于高速机床的主轴单元…,国内外对电主轴动、静态特 时间也相对较多。这种单元的每个节点有3个平移自由度巩, 性的研究主要针对机床上的高速电主轴,而对风机电主轴的研 以,以o,它可用于分析大变形、大应变、塑性及屈服等问题口1。 究分析尚属空白。

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