0、前言
在對
顎式破碎機齒板進行應力和變形等方面的有限元仿真分析時，在對齒的受力面施加載荷的過程中，會遇到一個這樣的問題，即如何對齒板各個齒的受力面施加載荷？在基于實體模型的零件有限元分析中，載荷和約束的施加是兩個非常關(guān)鍵的步驟，對于大多數(shù)零件來說，載荷和約束都是比較明確的，在施加過程中不會有太大的困難．但在對齒板各個齒的受力面施加載荷時，如果給各個齒的受力面施加相同的載荷，那么這與齒板的真實受力情況相差甚遠，其有限元分析不能真實反映齒板的應力和變形情況，研究中也就不能依據(jù)有限元分析結(jié)果對齒板結(jié)構(gòu)進行修改和優(yōu)化；如果根據(jù)齒板實際受力情況，給不同齒的受力面施加不同的載荷，那么需要用什么樣的方法來確定不同齒受力面上的載荷大小呢？通過對不同的載荷施加方法的研究，已經(jīng)就這個問題進行了解答，本文僅介紹應用確定性力學方法對某型破碎機齒板進行有限元仿真研究。
1、齒板仿真的基本情況
齒板應力和變形的有限元仿真是基于三維實體模型進行的，在齒板應力和變形仿真研究中，所應用的有限元分析系統(tǒng)是visuaINastran，該系統(tǒng)可以直接調(diào)用Solid Edge的實體模型。在有限元仿寞分析中，單元邊界采用曲線形式，面單元采用二次曲面，網(wǎng)格劃分采用系統(tǒng)自適應迭代自動劃分法，只在應力和變形突變處根據(jù)經(jīng)驗進行手動細化處理，這保證既滿足網(wǎng)格劃分的精度要求，又可以減少單元數(shù)量，提高有限元數(shù)值計算的速度。
2、齒板有限元仿真的載荷計算
在用確定性的力學方法對齒板進行應力和變形仿真時，通常都假定齒板的各個齒面受到大小相同、方向一致的均布力的作用，不同齒面受力的差異不予考慮。
3、齒板有限元仿真
在visuaINastran窗口中打開齒板的實體模型后，即可對模型進行載荷加載、約束施加等操作，然后確定齒板材料參數(shù)，劃分網(wǎng)格，確定網(wǎng)格單元，包括單元邊界和面單元的曲面形式，此后便可以對齒板模型進行應力和變形的有限元仿真．
3.1施加載荷和約束
在齒板有限元仿真的載荷施加中，齒板共有10個齒，假定各個齒面受到均布力作用，它們共同均勻地承擔全部破碎力，
仿真分析中的約束條件是，只有齒板底部受到固定約束，齒面受到均布載荷的約束，其它各面不施加約束，
齒板的材料參數(shù)如表l所示．
仿真分析中總破碎力的大小根據(jù)相關(guān)計算取4341588 N，再結(jié)合該型破碎機的結(jié)構(gòu)尺寸，可算得齒板受力面均布載荷為20 N/mm2，方向垂直指向齒面，實際上所施加的載荷的總值為4，781，720 N，其值比總破碎力計算值大了9%；但從多次分析的情況來，這不會對有限元分析的最終結(jié)果產(chǎn)生明顯的影響．材料的許用屈服應力取331 N/mm2.應力和變形云圖的變形系數(shù)取5000．
齒板有限元分析中的材料數(shù)據(jù)如表1所示．
3.2網(wǎng)格劃分
有限元模型的網(wǎng)格平均尺寸取90. 05 mm，網(wǎng)格的最大允許偏差取15%.在分析過程中，由于網(wǎng)格大小和網(wǎng)格偏差的確定都比較合理，有限元網(wǎng)格劃分和系統(tǒng)測試都獲得成功．齒扳有限元模型的單元數(shù)5050個，節(jié)點數(shù)9043個，網(wǎng)格的實際最大計算偏差是11.12%,比允許值15%小，所以網(wǎng)格劃分是可以接受的．
3.3應力和變形云圖
圖1、圖2分別是基于確定性力學載荷法的齒板應力、變形有限元分析云圖，云圖顏色分別表示應力和變形的大小；應力和變形的大小都用模型的變形量來表示．圖1A表示齒板的應力等高線云圖，圖1B是齒板相應的等高線云圖色標．圖2A是變形等高線云圖，圖2B是變形云圖色標，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(guān)系．圖中紅顏色越深，表示應力和變形越大；藍顏色越深，表示應力和變形越小；綠顏色表示應力和變形處于兩者之間。
齒板確定性載荷法有限元仿真的應力與位移摘要如表2所示。
齒板模型的最大應力是58. 43 N/mm2，比許用屈服應力小得多．安全系數(shù)達6. 76．最大位移只有0.01215 mm，最小位移為0．可見，單從有限元分析結(jié)果來看，齒板完全可以做得薄一些，以節(jié)省耐磨材料。
但是，如果結(jié)合載荷施加方法和齒板的實際工況，就容易知道，均布載荷沒有反應出齒板實際工作中的真實受力狀況，齒板實際受力情況是中間小兩側(cè)大。
從應力和位移云圖中可以看出，齒板的應力和位移情況呈波浪式變化，這是由齒板的結(jié)構(gòu)形式所決定的，因為齒板底部有16個140mm×160 mm長方形盲孔，參見圖．這些盲孔使得齒板的重量減輕了，節(jié)省了耐磨材料，增加了齒板與齒板座的貼合性，但同時也使得齒板的受力情況變得復雜；另外，齒板兩端的開口，使得其附近的應力和變形加劇．同時可以看到，云圖未能反映出齒板中部破碎力大、兩側(cè)破碎力小的齒板基本受力特征，
盡管齒板模型的最大應力和變形只有58. 43N/mm2，安全系數(shù)高達6.76,但是，當向齒板中部齒的受力面施加最大載荷時，齒板的最大應力和變形到底會怎樣變化？基于確定性力學載荷法的有限元分析無法回答這一問題，所以，以此為依據(jù)對齒板進行結(jié)構(gòu)修改還缺乏理論根據(jù)．
4、結(jié)論
基于確定性力學載荷法的齒板有限元仿真只能部分仿真齒板的應力變形狀況，不能全面而真實地反映出齒板的實際受力情況，如果要優(yōu)化齒板結(jié)構(gòu)參數(shù)、節(jié)省耐磨材料，就應該尋求采用非確定性力學載荷法對齒板進行應力和變形分析．這方面的研究工作已經(jīng)初步展開，并且取得了一定的成果，詳細情況可參考論文《基于非確定性力學方法的齒板應力變形的有限元仿真研究》。
相關(guān)破碎機產(chǎn)品：
1、
顎式破碎機
2、
球磨機
3、
雷蒙磨粉機
