基于颚式破碎机齿板的有限元分析

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【摘　要】利用Pro/E建立的模型和有限元法，对颚式破碎机齿板的应力和变形进行了仿真研究，获得了应力云图、变形云图及其有限元分析数值结果。通过这些研究结果，可以对其实际的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实其功能和性能的可用性和可靠性。

【关键词】颚式破碎机齿板;接触单元;ANSYS

0.引言

齿板是破碎机构的主要工作机件, 在破碎过程中与物料直接接触, 受到挤压和研磨, 常常因磨损而很快失效, 是颚式破碎机的主要易损件之一。本文利用Pro/E建立的模型和ANSYS有限元法，为颚式破碎机齿板设计和研发以及齿板与物料的相互作用机理的研究提供一条有效途径。

1.ANSYS中齿板模型的建立

解决的方法是：利用专业接口软件连接Pro/E和ANSYS。

1.1 ANSYS10.0与Pro/E的接口连接

(1)设置ANSYS与Pro/E的接口选择程序“ANSYS l0.0Utilities ANS_ADMIN”，打开ANS_ADMIN 10.0管理器，选取“Configurration options” 后点“OK”确定。

(2)在Configuration options 配置选项对话框中选择Configure Conn

ection for Pro/E的连接，点"OK"确定。

(3)在随之打开Configure ANSYS Connection for pro/E的对话框中将ANSYS Product设置为ANSYS Multiphysics。而图形显示设备Graphics device name设置为WIN32。

(4)最后在Pro/E 安装信息：“Pro Engineerinstallation path”对话框中输入Pro/E在本计算机中的安装路径如E：Pro/eWildfire 2.0，“ Languageused with Pro/Engineer” 选项用默认的“usascii”，点击“OK”，这样就完成了ANSYS 与Pro/E的接口设置。

(5)出现对话框提示在Pro/E目录下成功建立了一个protk.dat 文件，点击确定即完成配置。

(6)打开Pro/E，这时在菜单管理器中多出两个选项分别是AN

SConfig 和ANSYSGeom,这表明已经将ANSYS集成在Pro/E之中了。

(7)运行Pro/E并配置config.pro 运用Pro/E工具选项，出现选项对话框，在出现的对话框中，分别输入所需的选项名称并设置相应的值。

(8)在上述配置过程全部设置后，重新启动Pro/E点击菜单“ANSY

SGeom”就会自己启动ANSYSl0.0，再点击ANSYS中的“PlotVolume”，然后点“OK”可完成模型的导入。

1.2形成齿板的三维有限元模型

对复摆颚式破碎机的齿板进行有限元仿真研究，选用的是实体单元SOLID186，定义的材料参数：弹性模量为200MPa，泊松比为0.30，剪切模量为77492N/mm2。

构造完实体模型，定义了单元属性和网格划分控制后，即可生成有限元网格了，其网格划分模型如图1-1所示。

1-1 齿板有限元网格划分模型正面示意图

2.齿板有限元仿真分析中的加载及求解

2.1齿板静态分析的加载

仿真分析中总破碎力的大小根据石灰岩的抗压强度及相关计算取96969N[6]，再结合该型破碎机齿板的结构尺寸，可算得齿板受力面均布载荷为30.30N/mm2，方向垂直指向齿面。

2.2 齿板静态分析的求解

(1)设定分析类型：选择分析类型为Static。

(2)设定求解控制选项

执行Main MenuSolutionAnalysis Type Sol’n Controls命令，弹出Solution Controls对话框，单击Basic选项卡，选择变形模式，设定求解时间，打开自动时间步长，设置子步数、最大子步数及最低子步数。

(3)求解：执行Utility MenuSelectEverything命令，选择所有实体。

执行Main MenuSolutionSolveCurrent LS命令，开始求解。

2.3 齿板有限元分析的应力和应变云图及数值表

变形以齿板变形量即位移的大小来表示，变形与位移成线性关系。图中红颜色越深，表示应力和变形越大；蓝颜色越深，表示应力和变形越小；绿颜色表示应力和变形处于两者之间。

齿板有限元仿真的应力与位移如表2-1所示。齿板模型的最大应力是59.837N/mm2，比许用屈服应力小得多。最大位移只有0.011866 mm，最小位移为0。可见，单从有限元分析结果来看，齿板完全可以做得薄一些，以节省耐磨材料。

3.结束语

本文介绍了ANSYS有限元分析软件与Pro/E之间的数据转换方法，进而将Pro/E中创建的齿板模型导入到ANSYS中，并对该模型添加材料参数，划分网格，施加约束和求解，从而完成了对齿板的有限元分析。　[科]

【参考文献】

［１］赵汝嘉.机械结构有限元分析[M].西安交通大学出版社,1990.

［２］杨荣柏.机械结构分析的有限元法[M].华中理工大学出版社,1989.

［３］邵将,李世国.Pro/e与ANSYS的连接方法与应用实例[J].机械设计,2004,21(9):58-60.

［４］邢静忠.ANSYS应用实例与分析[M].北京:科学出版社,2006.

［５］傅彩明.新型颚式破碎机动态设计研究[D].北京:北京科技大学,2004.

［６］丰会萍.颚式破碎机破碎齿板与单个物料相互作用的特性研究.山西:太原理工大学,2009.