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采用有限元分析方法，根據(jù)防爆石家莊風機工作情況及主軸單元結(jié)構(gòu)建立了主軸單元的三維計算模型，運用ANSYS軟件．對主軸單元結(jié)構(gòu)和靜、動態(tài)特性進行了計算，具體包括主軸在栽荷作用下所受的應(yīng)力、產(chǎn)生的變形、各階固有頻率和振型、臨界轉(zhuǎn)速等，為優(yōu)化主軸結(jié)構(gòu)和改善主軸的動靜態(tài)特性提供理論依據(jù)。
根據(jù)振動測試原理，建立了主軸單元的動態(tài)測試系統(tǒng)，對主軸單元進行試驗?zāi)B(tài)分析。通過采集系統(tǒng)輸入與輸出信號，經(jīng)參數(shù)識別而獲得試驗?zāi)B(tài)參數(shù)。將理論計算與試驗結(jié)果相比較，結(jié)果表明，所建立的模型是有效的。文中對數(shù)據(jù)進行了分析，提出了改進主軸結(jié)構(gòu)的建議。防爆型石家莊風機是用于含有瓦斯或粉塵爆炸性危險的煤礦井下通風設(shè)備。
主軸是石家莊風機的關(guān)鍵承載部件，石家莊風機主要的工作構(gòu)件如葉輪、定子、軸承等均安裝在主軸上，主軸的設(shè)計應(yīng)能保證承受工作過程中的外載荷而不發(fā)生殘余變形和過量的彈性變形，同時保證一定的使用壽命。但國內(nèi)曾有主軸斷裂的事情發(fā)生，一方面是由于內(nèi)部鍛造缺陷、表面加工缺陷或應(yīng)力集中的存在，使石家莊風機主軸在長期交變應(yīng)力作用下生成裂紋，引發(fā)疲勞斷裂；另一方面是由于主軸的某階固有頻率與工作頻率相等或相近時，使振幅劇增，發(fā)生共振所致；第三為振動引起的附加動應(yīng)力超過應(yīng)力極限，導(dǎo)致突然破壞。
此外，過量的振動和因振動而引起的噪聲還會污染環(huán)境，損害人們的健康。與此相反，有時因為害怕斷裂而采用過大的安全系數(shù)，還會造成材料浪費，經(jīng)濟效益下降。因此，主軸的各階固有頻率應(yīng)作為主軸不可忽視的一項評價指標，設(shè)計時應(yīng)使其避開客觀存在的激振頻率的25％左右。所以對主軸結(jié)構(gòu)的研究和動靜態(tài)特性分析，尤其是研究主軸的各階固有頻率和主振型對進一步提高防爆石家莊風機的工作性能具有十分重要的意義。石家莊風機主軸單元屬于電主軸。電主軸具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、慣性小、響應(yīng)特性好等特點，近年來發(fā)展非常迅速，比較多地應(yīng)用于高速機床的主軸單元?，國內(nèi)外對電主軸動、靜態(tài)特性的研究主要針對機床上的高速電主軸，而對石家莊風機電主軸的研究分析尚屬空白。主軸單元的動、靜態(tài)特性包括主軸的變形、共振頻率、臨界轉(zhuǎn)速和動態(tài)響應(yīng)等。ANsYS軟件是一個應(yīng)用廣泛的工程有限元分析軟件，文中擬建立電主軸的三維計算模型，應(yīng)用ANsYS軟件對石家莊風機主軸單元的動、靜態(tài)特性進行計算，為優(yōu)化主軸結(jié)構(gòu)和改善主軸的動、靜態(tài)特性提供理論依據(jù)。靜態(tài)分析(1)建立有限元模型。建立有限元模型前，先對實體模型進行適當簡化，忽略螺孔、倒角、退刀槽等細小局部的影響。根據(jù)實際結(jié)構(gòu)情況，主軸單元簡化為前端(葉輪端)固定、后端游動的簡支梁結(jié)構(gòu)。選擇10節(jié)點四面體Solid92單元對實體進行網(wǎng)格劃分，它是在三維四面體單元的基礎(chǔ)上建立起來的一種高階單元，更適合于建立精度要求較高、邊界為曲線的模型，但求解所耗費的時間也相對較多。
這種單元的每個節(jié)點有3個平移自由度鞏，它可用于分析大變形、大應(yīng)變、塑性及屈服等問題口1。采用智能網(wǎng)格劃分，指定網(wǎng)格劃分密度為7。ANsYs提供的這個智能網(wǎng)格劃分工具將自動地根據(jù)模型的大小和局部的不規(guī)則區(qū)域劃分不同的網(wǎng)格。對于網(wǎng)格密度的控制，智能網(wǎng)格提供了1～10個不同的密度級別，1表示最精密，10表示最粗糙。選擇何種級別，需要根據(jù)求解要求及所用計算機的運算速度而定口k在圖2中可以看到，智能網(wǎng)格劃分自動地在各個局部采用了不同的網(wǎng)格密度。(2)施加約束和載荷。在安裝軸承處施加約束。