基于顎式破碎機齒板的有限元分析

【摘 要】利用Pro/E建立的模型和有限元法，對顎式破碎機齒板的應力和變形進行了仿真研究，獲得了應力云圖、變形云圖及其有限元分析數值結果。通過這些研究結果，可以對其實際的工作狀態和運行行為進行模擬，及早發現設計缺陷，并證實其功能和性能的可用性和可靠性。

【關鍵詞】顎式破碎機齒板;接觸單元;ANSYS

0.引言

齒板是破碎機構的主要工作機件， 在破碎過程中與物料直接接觸， 受到擠壓和研磨， 常常因磨損而很快失效， 是顎式破碎機的主要易損件之一。本文利用Pro/E建立的模型和ANSYS有限元法，為顎式破碎機齒板設計和研發以及齒板與物料的相互作用機理的研究提供一條有效途徑。

1.ANSYS中齒板模型的建立

解決的方法是：利用專業接口軟件連接Pro/E和ANSYS。

1.1 ANSYS10.0與Pro/E的接口連接

(1)設置ANSYS與Pro/E的接口選擇程序“ANSYS l0.0→Utilities →ANS_ADMIN”，打開ANS_ADMIN 10.0管理器，選取“Configurration options” 后點“OK”確定。

(2)在Configuration options 配置選項對話框中選擇Configure Conn

ection for Pro/E的連接，點\"OK\"確定。

(3)在隨之打開Configure ANSYS Connection for pro/E的對話框中將ANSYS Product設置為ANSYS Multiphysics。而圖形顯示設備Graphics device name設置為WIN32。

(4)最后在Pro/E 安裝信息：“Pro Engineerinstallation path”對話框中輸入Pro/E在本計算機中的安裝路徑如E：Pro/eWildfire 2.0，“ Languageused with Pro/Engineer” 選項用默認的“usascii”，點擊“OK”，這樣就完成了ANSYS 與Pro/E的接口設置。

(5)出現對話框提示在Pro/E目錄下成功建立了一個protk.dat 文件，點擊確定即完成配置。

(6)打開Pro/E，這時在菜單管理器中多出兩個選項分別是AN

SConfig 和ANSYSGeom，這表明已經將ANSYS集成在Pro/E之中了。

(7)運行Pro/E并配置config.pro 運用Pro/E→工具→選項，出現選項對話框，在出現的對話框中，分別輸入所需的選項名稱并設置相應的值。

(8)在上述配置過程全部設置后，重新啟動Pro/E點擊菜單“ANSY

SGeom”就會自己啟動ANSYSl0.0，再點擊ANSYS中的“Plot→Volume”，然后點“OK”可完成模型的導入。

1.2形成齒板的三維有限元模型

對復擺顎式破碎機的齒板進行有限元仿真研究，選用的是實體單元SOLID186，定義的材料參數：彈性模量為200MPa，泊松比為0.30，剪切模量為77492N/mm2。

構造完實體模型，定義了單元屬性和網格劃分控制后，即可生成有限元網格了，其網格劃分模型如圖1-1所示。

1-1 齒板有限元網格劃分模型正面示意圖

2.齒板有限元仿真分析中的加載及求解

2.1齒板靜態分析的加載

仿真分析中總破碎力的大小根據石灰巖的抗壓強度及相關計算取96969N[6]，再結合該型破碎機齒板的結構尺寸，可算得齒板受力面均布載荷為30.30N/mm2，方向垂直指向齒面。

2.2 齒板靜態分析的求解

(1)設定分析類型：選擇分析類型為Static。

(2)設定求解控制選項

執行Main Menu→Solution→Analysis Type→ Sol’n Controls命令，彈出Solution Controls對話框，單擊Basic選項卡，選擇變形模式，設定求解時間，打開自動時間步長，設置子步數、最大子步數及最低子步數。

(3)求解：執行Utility Menu→Select→Everything命令，選擇所有實體。

執行Main Menu→Solution→Solve→Current LS命令，開始求解。

2.3 齒板有限元分析的應力和應變云圖及數值表

變形以齒板變形量即位移的大小來表示，變形與位移成線性關系。圖中紅顏色越深，表示應力和變形越大；藍顏色越深，表示應力和變形越??；綠顏色表示應力和變形處于兩者之間。

齒板有限元仿真的應力與位移如表2-1所示。齒板模型的最大應力是59.837N/mm2，比許用屈服應力小得多。最大位移只有0.011866 mm，最小位移為0。可見，單從有限元分析結果來看，齒板完全可以做得薄一些，以節省耐磨材料。

3.結束語

本文介紹了ANSYS有限元分析軟件與Pro/E之間的數據轉換方法，進而將Pro/E中創建的齒板模型導入到ANSYS中，并對該模型添加材料參數，劃分網格，施加約束和求解，從而完成了對齒板的有限元分析。 [科]

【參考文獻】

［１］趙汝嘉.機械結構有限元分析[M].西安交通大學出版社，1990.

［２］楊榮柏.機械結構分析的有限元法[M].華中理工大學出版社，1989.

［３］邵將，李世國.Pro/e與ANSYS的連接方法與應用實例[J].機械設計，2004，21(9):58-60.

［４］邢靜忠.ANSYS應用實例與分析[M].北京:科學出版社，2006.

［５］傅彩明.新型顎式破碎機動態設計研究[D].北京:北京科技大學，2004.

［６］豐會萍.顎式破碎機破碎齒板與單個物料相互作用的特性研究.山西:太原理工大學，2009.