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碳黑滚筒筛力控振动平台的结构分析

根据碳黑滚筒筛振动平台设计预设计要求,永磁体转子在工作过程中受到的最大电磁力扭矩为400Nm,振动平台竖直方向上最大输出力约为8KN,现基于有限元计算软件ANSYS对永磁体转子和碳黑滚筒筛振动平台中一些关键的承力件进行结构强度校核和结构分析。碳黑滚筒筛第一强度理论最大应力理论是关于材料在复杂应力下的强度理论。认为最大拉应力或最大压应力是决定材料强度的准则。它能较好地解释脆性材料拉伸时沿横截面断裂。第二强度理论即为最大应变理论。它认为当碳黑筒筛材料的最大应变等于单向拉伸屈服应变时发生破坏。

    碳黑滚筒筛的第三强度理论最大剪应力准则,只要材料的最大剪应力达到简单拉伸屈服剪应力时,材料就屈服。碳黑滚筒筛第四强度理论即形状改变比能理论,只要材料的形状比能达到拉伸屈服时的形状比能,材料就屈服。在ANSYS有限元分析软件中,是一种等效应力,它用应力等值线来表示模型内部的应力分布情况,它可以清晰描述出一种结果在整个模型的变化,从而能快速地确定模型中的危险区域。遵循材料力学第四强度理论。碳黑滚筒筛振动平台的驱动核心部件是电磁-机械耦合的永磁体,其制造材料为稀土永磁材料NdFeB。烧结钕铁硼材料的抗拉强度和抗弯强度均较低,碳黑滚筒筛冲抵韧度和断裂韧性也很低,但抗压强度高,属于脆性材料。对于脆性材料一般采用第一强度理论作为材料破坏判据,而对于钢、铝、铜采用第四强度理论作为材料破坏判据。

永磁体转子静力强度校核及其模态分析

    为简化碳黑滚筒筛的分析过程,去除部件中的键槽部分。永磁体转子部件的组成可分成四部分:永磁体部分、内外铜层部分、外铜层和两端加持铝层;在永磁体转子的中心圆心孔处施加X,Y,Z三个方向的约束。在碳黑滚筒筛ANYSY中,考虑到实体单元中不能直接施加扭矩,所以,将扭矩转化为永磁体转子长轴两端节点的力载荷。选中永磁体转子中部铜层长轴两端的节点,在选中节点施加Y向力约束,大小为400Nm/。约束载荷有限元三维网络。经过对碳黑滚筒筛振动平台的简化模态分析,得到振动平台的第一阶固有频率为206.91Hz,其余各阶固有频率均超过300Hz,大于振动平台的预计工作上限频率(60Hz),碳黑滚筒筛振动平台结构设计是能满足预设计要求的。

    碳黑滚筒筛振动平台的第一阶振型主要是振动平台两侧板左右偏摆变形;第二阶振型主要是上台面的向上弯曲变形;第三阶振型主要是上台面的向下弯曲变形;第四阶振型主要是整个振动平台的扭转变形。变形主要集中在振动平台的左右侧板和上台面,为提高振动平台的工作上限频率,应当对左右侧板和上台面加固、加厚。如可在碳黑滚筒筛的两侧板间增加固连件,这样可提高振动平台的刚度,改变碳黑滚筒筛振动平台固有频率和模态参数特性,从而避免共振。

责任编辑:新乡市东源机械有限公司

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