圆锥破碎机主轴静力学与模态分析研究

液压圆锥破碎机是利用液压调整物料受破碎后的排料口，并利用液压实现过载保护。本文主要以破碎机主轴为研究对象，对其进行结构静力学分析与模态分析，为圆锥破碎机的进一步改进和优化提供参考。

主轴的静力分析

（1）添加模型材料属性

进行结构静力学分析主要分为以下步骤：导入几何模型、添加材料属性、添加模型材料属性、网格划分、计算施加载荷和约束。主轴添加材料为34CrMo4，主轴材料的力学性能参数：

弹性模量E/Pa2.1×1011；泊松比0.28；抗剪模量/Pa7.9×1010；质量密度/kg·m-37800；张力强度/Pa7×108；屈服强度/Pa6×108；热扩张系数/k-11.1×10-5；热导率/W·（m·K）-114。

（2）划分网格

把实体模型导入后，倒角和圆角等特征已经简化后，划分网格，修改网格参数中的ElementSize设置为5mm，RelevanceCenter中选择Fine选项，其余采用默认设置。圆锥破碎机的主轴划分成54987个节点和31593个单元。

（3）添加主轴的约束及载荷的施加受力时，主轴的两端固定即为顶部和底部，受到力的部位为它与其相互接触的区域，此破碎机是圆锥破碎机，所以破碎力是根据液压缸给出的压力所计算出作用在动锥上的破碎力，破碎力为233MPa。

（4）结果后处理

主轴受力后分析所得出主轴的应变为8.3356mm/m，小变形量为0.021458mm/m，可以得出变形发生在主轴与破碎机其他部位受力的区域。

进一步分析得出主轴受到的应力为1.7505×109Pa，小应力为3.4478×106Pa，出现应力区域为主轴与破碎机躯体接触的部分。

总结得出，主轴的变形量为5.7807mm，小变形量为0。主轴变形的趋势是向轴线凹陷，之所以出现这种现象是主轴顶端连着十字滑块，底端连着单向轴承，即两端固定。可知主轴性能满足破碎机所需的强度和刚度要求。

主轴的模态分析及结果

分析主轴的前6阶固有频率及变形量可以得出：主轴的其中第1阶和第2阶固有频率、第3阶和第4阶固有频率、第5阶和第6阶固有频率之间的数值接近；主轴的固有频率远远大于其工作所需要的频率，所以其在工作的过程中就不会发生共振现象。主轴的振型主要是呈现出波浪形状的弯曲振型，并且振型的危险点大部分集中在主轴的中间部位。

通过分析模型，对主轴进行了结构静力学分析与模态分析，验证主轴在选材与结构设计上能满足破碎机的设计要求，为破碎机优化设计提供参考。首先，主轴选择34CrMo4材料，符合破碎机机械的性能要求；其次，通过分析模型，对主轴进行结构静力学分析与模态分析得出主轴结构设计满足破碎机的使用性能要求。