防爆风机主轴单元静、动态特性分析（1）

风机厂石家庄风机厂石家庄风机石家庄市风机厂石家庄风机维修石家庄风机销售

采用有限元分析方法，根据防爆石家庄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。防爆型石家庄风机是用于含有瓦斯或粉尘爆炸性危险的煤矿井下通风设备。
主轴是石家庄风机的关键承载部件，石家庄风机主要的工作构件如叶轮、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，使石家庄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，还会造成材料浪费，经济效益下降。因此，主轴的各阶固有频率应作为主轴不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率的25％左右。所以对主轴结构的研究和动静态特性分析，尤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石家庄风机的工作性能具有十分重要的意义。石家庄风机主轴单元属于电主轴。电主轴具有结构紧凑、质量轻、惯性小、响应特性好等特点，近年来发展非常迅速，比较多地应用于高速机床的主轴单元⋯，国内外对电主轴动、静态特性的研究主要针对机床上的高速电主轴，而对石家庄风机电主轴的研究分析尚属空白。主轴单元的动、静态特性包括主轴的变形、共振频率、临界转速和动态响应等。ANsYS软件是一个应用广泛的工程有限元分析软件，文中拟建立电主轴的三维计算模型，应用ANsYS软件对石家庄风机主轴单元的动、静态特性进行计算，为优化主轴结构和改善主轴的动、静态特性提供理论依据。静态分析(1)建立有限元模型。建立有限元模型前，先对实体模型进行适当简化，忽略螺孔、倒角、退刀槽等细小局部的影响。根据实际结构情况，主轴单元简化为前端(叶轮端)固定、后端游动的简支梁结构。选择10节点四面体Solid92单元对实体进行网格划分，它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，它可用于分析大变形、大应变、塑性及屈服等问题口1。采用智能网格划分，指定网格划分密度为7。ANsYs提供的这个智能网格划分工具将自动地根据模型的大小和局部的不规则区域划分不同的网格。对于网格密度的控制，智能网格提供了1～10个不同的密度级别，1表示最精密，10表示最粗糙。选择何种级别，需要根据求解要求及所用计算机的运算速度而定口k在图2中可以看到，智能网格划分自动地在各个局部采用了不同的网格密度。(2)施加约束和载荷。在安装轴承处施加约束。