對沖擊破碎機械工作機構撞擊中心的分析

劉守瑞

徐州徐工礦業機械有限公司 江蘇徐州 221000

1 撞擊中心的定義

為了避免碰撞作業中機器產生的大碰撞力造成的損壞，對碰撞過程中剛體旋轉的沖擊沖擊進行綜合分析，如圖1所示。碰撞體撞擊中心關于固定軸旋轉的重要定義和公式

式中：M、Jo分別為剛體質量和繞O點的轉動慣量；a為定軸到質心C的距離；l為定軸到撞擊中心的距離。

式（1）表示：當外部沖擊脈沖S作用在物體對稱平面的沖擊中心K上并且垂直于連接支點O和質心C的線時，在支點處不會產生碰撞沖擊。如果我們從節能的角度分析旋轉體繞固定軸的沖動，不難得出結論，當沖擊點偏離沖擊中心時，在受影響的過程中最大的影響將會損失到支點[1]。

圖1 轉動碰撞體受沖量分析

因此，沖擊中心在機械設計方面非常重要，無論是在節能，強度，使用壽命還是安全性方面。通過對沖擊、破碎、碰撞等相關機械的研究發現，這些機械工作機構中的沖擊體（錘或錘）在工作過程中圍繞運動軸旋轉。

2 剛體繞動軸和定軸運動的碰撞方程

對于一般的碰撞方程來說，都采用的是碰撞的原理來進行下結論的，在整個機構中的位置來了解剛體繞軸和固定軸的碰撞。找到剛體和剛體繞軸線的旋轉。從運動學可知，剛體的平面運動可以分解為剛體的平移和旋轉，因此，在平面的運動中，有一種特殊的表現形式是平行的移動，在這就會以旋轉的方式移動。從圖1和圖2可以很容易地看出，體現鋼體繞軸和固定軸運動最大的特點就是平面運動的鋼體的移動，表現的非常的明顯。因此，可以進行相關轉換。

根據動量定理、動量定理、脈沖定義和質點系相對質心碰撞問題的兩點簡化，不難得到動量定理和脈沖定理。相對質心。根據力矩計算定理和相對質心脈沖定理，得到了研究平面運動中剛體碰撞的方程。

根據剛體在平面內運動的碰撞方程，可以分析碰撞過程中剛體繞軸和固定軸的碰撞中心。通過上面的方程式進行研究分析得知，可以看出鋼體的碰撞的前期和后期的變化的影響因素是質心速度和角速度有這很大的關系，從圖中可得知質心速度的方向是由鋼體速度的快慢來決定的，角速度的的方向也如此。研究清楚整個的系統，最終的目的就是要了解清楚質心的速度和角速度的變化[2]。

3 剛體繞動軸轉動的運動分析

為了分析剛體繞軸和固定軸的運動，應研究剛體和主剛體，并通過銷將剛體連接到主剛體上。當主剛體用于平面運動時，剛體在移動時相對于主銷體旋轉，如圖3所示。固定坐標Oxy和兩個平移坐標O'x'y'，O“x分別建立“y”。主剛體上的O'速度為VO'，與O'y'軸的角度為α。主剛體相對于平移坐標Ox的角位移'y'為β，角速度為β·；剛體相對平移坐標O''x''''的角位移為φ，角速度為φ·；剛體相對于主體剛體角位移是θ，相對角速度是θ·。那么φ·是剛體的絕對角速度，主剛體的絕對角速度和準直體相對于剛體的角速度。主體剛體下列關系

φ=β·+θ·或φ=β+θ（3）

由 圖 2可 以 看 出， 若 已 知 O'O"=r、O"C=a， 根據速度分析可得銷軸中心O"的速度的一般關系式為VO"×=VO'sinα+rβ·cosβVO"y=VO'cosα-rβ·sinβ

圖2 繞動軸轉動碰撞體速度分析

4 工作機構撞擊中心的位置確定

現在研究與軌道軸（銷O'）一起旋轉的剛體，并且分析碰撞期間的所有沖擊脈沖。當它受到外部沖擊脈沖S時，剛性體與移動軸同時發生。碰撞，移動軸對剛體產生的防碰撞脈沖是SO''x和SO''y，如圖4所示，所采用的坐標與圖3中的坐標相同。由公式（2）和圖4表示的幾何尺寸和脈沖可以通過以下等式獲得

由于碰撞過程非常短，因此碰撞開始和結束時物體的位置基本不變，因此物體的位移可以忽略不計。

通過對上述三種情況的分析，可以得出結論：在碰撞過程中，六種情況下，連接到軸銷的主剛體的剛體具有碰撞中心。特別是對于第三種情況的分析，剛體速度和角速度兩個主要參數被轉換為0。驗證表明該分析方法是正確的。無論剛體如何相對于主剛體運動，只要剛體質心的速度垂直于連接銷和質心的直線，并且平行于外部碰撞脈沖，剛體就具有剛體。影響的中心在這個位置；無論是相對于主剛體運動的剛體，還是軌道運動軸和固定軸旋轉的剛體，如果在某一位置有沖擊中心，從剛性銷到沖擊中心的距離可以用以下公式表示：公式（1）；如果在某一位置有碰撞中心，作用在剛體上的脈沖只影響剛體的質心速度和角速度，而不影響剛體的質心速度和角速度[3]。

5 結語

（1）將平面運動碰撞方程與多剛體系統的運動分析相結合，分析了剛體系統中六種情況下碰撞中心的位置和幾何速度條件。這是分析碰撞脈沖對旋轉軸和固定軸周圍剛體影響的有效方法。為研究多剛體系統碰撞提供了分析思路。

（2）如果剛體在某一位置有沖擊中心，作用在其上的沖擊在運動軸和固定軸上具有0的防撞脈沖。當剛體相對于主剛體運動時。

（3）在剛體相對于主剛體的運動過程中，當剛體的質心速度垂直于連接支點和質心的直線且平行于外部沖擊脈沖時，剛體在該位置具有沖擊中心。這是確定多剛體系統碰撞中剛體碰撞中心位置的一種簡單有效的方法。