關于振動篩振動電機安裝軸的斷裂分析探討

摘要：在工業和食品行業中常用到的振動篩在使用過程中會出現安裝軸發生斷裂的情況。本文主要通過對安裝軸進行受力分析，找出造成安裝軸斷裂的原因，并進行疲勞強度校核，發現安裝軸不一定能滿足疲勞強度要求。對此還對設計做出了一些改進建議。

關鍵字：振動篩；振動電機；安裝軸；強度；分析

1.引言

現在在食品領域和重工業生產領域上都會用到由振動電機作為驅動的振動篩，食品領域主要有糧食、飼料、食品加工等，重工業領域主要有冶金、機械、采礦等，主要是利用振動將物料中的雜質去除，還可將物料進行篩選分類等。隨著市場需求的不斷加大，食品行業規模也在不斷擴大，振動篩的需求開始向著中大型發展。

在日常生產中，見得比較多的是振動電機安裝在篩體兩側的振動篩，但少數的電機也會安裝在篩體的底部或者頂部的安裝軸上。對于某些中大型的振動篩，它的電機一般選擇安裝在篩體底部。在使用過程中，偶爾會出現篩體震裂和安裝軸斷裂的現象。因此，在設計和制造的過程中，要重視此類情況，盡可能的避免其發生。當篩體的長、寬、重量較大的時候，就算安裝軸直徑增得較大，但在使用過程中還是會發生斷裂。

在工作的時候，篩體的提供振動的電機的安裝軸都會承受多種形式的動載荷，在動載荷的作用下就會在軸和篩體上產生相應的動應力。由于振動是周期性的，所以產生了周期性的應力變化。當應力變化隨著時間不斷循環到達某個值的時候，篩體和安裝軸就會出現疲勞破壞。因此，在設計時，除了要考慮篩體和安裝軸的靜強度以外，還要考慮他們的疲勞破壞，綜合彎曲、扭轉等情況以及交變應力的作用，對構件進行疲勞強度計算。

2.振動電機安裝軸受力分析

在對振動電機安裝軸進行受力分析之前，為了簡化分析，對其做了幾點假設：假設一，將電機安裝軸的自重忽略；假設二，將安裝軸看做是一端為鉸鏈支座另一端為活動鉸鏈支座的梁，另外，振動篩工作時，兩耳板會有彎曲變形；假設三，兩電機的在工作時會產生脈動動載荷，會使安裝軸發生扭轉振動，故其重量的影響不能忽略；假設四，忽略需要篩選的物料對分析計算的影響，將振動篩的振動看為線性振動。

從三個坐標平面對振動電機安裝軸進行受力分析，發現安裝軸在三個平面內均受到力偶的作用。電機產生的兩個激振力集中作用在安裝軸上，且隨著時間不斷變化。同時振動電機還會以力矩的形式給安裝軸兩個軸向的激振力，力矩的大小也會隨著時間周期性變化。由于振動慣性力導致篩體發生彎曲變形，又產生兩個力矩，且這兩個力矩也會隨時間不斷變化。最后，由電機自重和偏心距的影響，產生能使安裝軸做彈性振動的扭矩，且扭矩也會隨時間周期性變化。

3.安裝軸的疲勞強度計算

做完了受力分析，接下來進行疲勞強度計算。通過之前的分析可以知道，在外載荷和彎矩的作用下，在安裝軸內產生了彎矩，在振動電機自重的作用下，對安裝軸產生了扭矩。因此，有兩種組合變形需要進行討論：一是彎曲扭轉組合變形，二是拉壓彎曲與扭轉組合變形。根據設計手冊選擇安裝軸在受到交變應力作用下的工作安全系數和許用安全系數。通過查找材料手冊，找到安裝軸對應的材料的力學性能，例如屈服強度值、剪切許用應力值等，在根據所選擇的安裝軸尺寸大小，計算安裝軸的重量，結合之前受力分析得到的力、力矩的大小4.幾項改進措施

4.1 增大篩體橫向抗彎曲剛度。要想增大篩體橫向的抗彎曲剛度，可以采用在篩體的上部和下部增加橫向的鋼件的方法，在此之上耳，將加固了加強筋的耳板加設在篩體底部，以加強篩體的剛度。

4.2 提高安裝軸的疲勞強度。提高安裝軸的疲勞強度可以通過以下方法達成：將周徑減小，換一種材質更合適的鋼材；為加強安裝軸的強度，可以將棒料改成厚壁鋼管；在剛體表面進行調質處理以增強剛體強度。另外，盡量減少交變應力的產生和降低電機的振動，可以通過將兩電機安裝在一塊特制的板上來實現。電機的振動頻率也會影響安裝軸的疲勞強度，選擇合適的激振力和振動頻率，能較好的避免安裝軸和篩體達到疲勞極限。

5.結論

根據中大型振動篩電機的布置情況，對電機的安裝軸進行了受力分析和強度計算，分析計算結果表明，在工作過程中，安裝軸受到來自振動電機的三個方向的交變動載荷，這是直接導致安裝軸發生斷裂破壞的最主要原因。針對上述疲勞強度計算的結果可以知道，大型振動篩沒有滿足強度要求。對此，筆者針對大型振動篩的設計提出了一些改進方法，希望有助于改善振動篩振動電機安裝軸斷裂的情況。

6.參考文獻

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7.作者簡介：

張冠（1959—），男，江蘇省海安縣人，工程師，江蘇省振動工程學會會員，從事振動機械設備設計研究工作。