圓錐破碎機的 關鍵部件，其設計參數(shù)的選擇與確定直接影響圓錐破碎機的使用壽命和可靠性。同時，破碎機在正常的工作過程中，由于動錐襯板與物料直接接觸，襯板的上載荷情 況極為復雜，難于求解，一般的設計部門對其研究的較少或只停留在理論分析階段，因此本文將采用有限元法對三者進行靜力學分析，較為準確的計算出應力分布情 況，為該類圓錐破碎機主要部件的設計提供有價值的參考數(shù)據(jù)。
 
         2圓錐破碎機簡介
          圓錐破碎機主要有機架、皮帶輪、水平軸、偏心套、上破碎壁（定錐）、下破碎壁（動錐）、液力偶合器、潤滑系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾部分組成。其動錐固定在一個懸 掛豎軸上，豎軸置于水平軸上的偏心套筒內。工作時，電動機帶動皮帶輪或聯(lián)軸器旋轉，從而通過水平軸、偏心套、懸掛豎軸迫使動錐沿著定錐內表面作旋擺運動。 在動錐靠攏定錐的區(qū)段，物料受到動錐的擠壓、撞擊和彎曲作用而破碎，形成破碎腔;在動錐偏離定錐的地方，已被破碎的物料在自重作用下從錐底卸出。破碎機通 過連續(xù)性的工作實現(xiàn)對石料的持續(xù)破碎。
 
         圓錐破碎機的結構特點是所有主要功能部件都是獨立的和分離的，只有當它們組成整體時才能完成機器的功能，如機器的架體與支承套的組合，調整套和支承套的組合，除在結構設計上采用了特殊的結構外，還必須設置一些可以鎖緊的零部件。
 
         3圓錐破碎機主要零件及總體的設計
因為ANSYS 軟件只能倒入立體圖形進行分析，所以在進行各零件的有限元分析之前必須先做出各零件的立體造型。利用inventor 的三維立體造型功能做出個零件的三維造型。裝配設計主要是進行零部件的裝配和編輯，是基于裝配關系的關聯(lián)設計。在inventor 裝配環(huán)境中，可將已有零部件裝入并進行組裝，檢查各零部件的設計是否滿足設計需要，并對不合要求的零部件進行修改，也可以在該環(huán)境中結合現(xiàn)有的零部件及其 裝配關系創(chuàng)建新的零部件。此外，部件裝配設計也是創(chuàng)建表達視圖，動畫，裝配工程圖等的基礎。在此環(huán)境中，可以裝入已有零部件，創(chuàng)建新的零部件，對零部件進 行約束，管理零部件的裝配結構等關系。
 
           3.1 總體設計
          下圖為總裝配圖：

         裝配圖上，1 為機架部，2 為傳動部，3 為空偏心軸部，4 為碗形軸承部，5 為破碎圓錐部，6 為調整裝置部，7 為調整套部，8 為彈簧部，9 為15/100 液壓站，10 為基礎部，11 為電控設備，12 為潤滑部，13 為彈性聯(lián)軸器，14 為環(huán)首螺釘，15 為安裝工具，16 和17 均為吊鉤。
          3.2 主軸
         下圖為主軸的二維圖和三維造型：

 
           3.3 圓錐破碎壁
          下圖為圓錐破碎壁的二維圖和三維造型：

 
         4圓錐破碎機主要零件的材料性能常數(shù)
         4.1 主軸的料性能常數(shù)
         主軸的材料為35SiMn2MoV，彈性模量為E=206GPa，泊松比為μ=0.3，密度為ρ=7.9×103kg/m3，所受破碎力為300MPa。
 
          4.2 圓錐破碎壁材料性能常數(shù)
         圓錐破碎壁的材料為ZGMn13，彈性模量為E=600GPa，泊松比為μ=0.22，密度為ρ=7.98×103kg/m3，所受破碎力為300MPa。
 
         5 基于ANSYS 的有關彈簧圓錐破碎機的有限元分析
         5.1 ANSYS 基本分析過程
         一般而言，ANSYS 的基本分析過程可以分為三步，即：前處理（Preprocessor）；施加載荷與求解（Solution）；后處理（Postprocessor）。
 
        5.2 主軸的有限元分析
        5.2.1 主軸的static 靜態(tài)分析
       （1） 把用inventor 做出來的主軸的立體造型另存為sat格式。因為ANSYS 沒有inventor 接口，不能直接導入inventor的文件，必須先把inventor 的文件另存為一個ANSYS 能識別的副本。
 
       （2）等待系統(tǒng)計算并生成網(wǎng)格圖形。
 
       （3）在分析過程的相關步驟中輸入主軸材料的性能常數(shù)。主軸的材料為35SiMn2MoV，彈性模量為E=206GPa，泊松比為μ=0.3，密度為 ρ=7.9×103kg/m3，所受破碎力為300MPa。主軸受力時的固定面為頂部和底部，受力面為主軸和圓錐軀體接觸的部分，即從頂部往下數(shù)第三四五 節(jié)。選擇分析類型為static 靜態(tài)分析。
 
       （4）主軸受力后的應變圖和應力圖，受力后的變形情況和未受力時的形狀以網(wǎng)格形式表示，前后對比，依次如下圖。

 
        由應變圖知，主軸zui大的位移DMX 為66.457mm，zui大應變SMX 為66.457mm/m2，由應變下方的標尺可知，主軸受力后，zui大變形發(fā)生在和圓錐軀體接觸的部分也就是主要受力的部分，zui小變形發(fā)生在頂部和底部，也 就是*固定的部分。由應力圖主軸受到的zui大應力SMX 為0.409×1011Pa,zui小應力SMN 為0.88×108Pa，由圖下方的標尺可知，主軸受力后，受力zui大處為其與圓錐軀體接觸的部分，尤其是與圓錐軀體接觸的*節(jié)，也就是從左上方數(shù)的第三 節(jié)。根據(jù)主軸變形前后情況的對比可知，雖然僅僅觀察主軸受力后的形狀時，看不出主軸的明顯變形，但是和變形前的原來的形狀一比較就可以發(fā)現(xiàn)主軸還是有較明 顯的變形的。主軸變形的形式是向軸線凹陷，應該是受壓迫作用。工作時主軸繞固定軸線做偏心轉動，通過改變圓錐破碎壁和破碎腔的空間大小來達到碾碎物料的作 用，主軸上連接圓錐軀體和圓錐破碎壁，它們之間不通過鍵連接，圓錐軀體和圓錐破碎壁根主軸之間的運動關系是隨動，它們和主軸的運動并不一致。可看出主軸是破碎機工作時的主要受力元件，所以主軸失效的事故常有發(fā)生，這和破碎機顯示的工作情況相符。
 
        5.2.2 主軸的modal 模態(tài)分析
       （1）接著靜態(tài)分析往下做，將主軸變回網(wǎng)格造型，如下圖。主軸受力時的固定面為頂部和底部，受力面為主軸和圓錐軀體接觸的部分，即從頂部往下數(shù)第三四五節(jié)。選擇分析類型為modal 模態(tài)分析。
       （2）在模態(tài)分析中選擇6 階，觀察第4 階的分析結果。
       （3）主軸受力后的變形情況和軸變形前后的形狀，以網(wǎng)格形式顯示。依次如下圖所示。

         由圖知，模態(tài)分析中的主軸受力后變形較靜態(tài)分析時明顯，變形程度較大。因為是受到以三角函數(shù)形式變化的載荷的作用，主軸也呈現(xiàn)出振動的變形特點，呈現(xiàn)扭曲 的形狀，變形十分明顯，zui大位移DMX 為0.123×10- 5mm，zui小應變SMX 為0.123×10- 5mm/m2。由圖下方的標尺知道主軸變形zui大的地方是主軸和圓錐軀體接觸的地方，即從左上方往下數(shù)第三節(jié)到第四節(jié)，第五節(jié)，形變也比較大，但是比第三四 節(jié)要小，而這三節(jié)是相對來說形變zui大的幾節(jié)，也就是說主要受力的部分就是形變zui大的地方。變形zui小的地方是被固定的頂部和底部，應變?yōu)?。
 
        根據(jù)主軸變形前后的情況對比可知，主軸在模態(tài)分析的狀態(tài)下，變形十分明顯，偏離原來形狀的程度很大，模態(tài)分析狀態(tài)下，主軸呈現(xiàn)出振動的特點，即受拉伸也受 到壓迫作用，主軸在以三角函數(shù)形式變化的載荷的作用下，近乎扭曲，如果選擇材料不當，主軸很容易失效。主軸是破碎機工作部分即破碎圓錐部的主要工作構件， 在工作時受到很大的破碎力，是zui容易失效的構件，這和在靜態(tài)分析與模態(tài)分析中得出的主軸的變形都很明顯的結論相符。通過和下面圓錐破碎壁與圓錐軀體的變形 情況對比，可知主軸變形在三個破碎圓錐部中的主要構件中是zui明顯的。
 
        5.3 圓錐破碎壁的有限元分析
        5.3.1 圓錐破碎壁的static 靜態(tài)分析
        （1）在分析過程的相關步驟中輸入圓錐破碎壁材料的性能常數(shù)。ZGMn13 的彈性模量為6E11Pa，泊松比為0.22。密度為7980kg/m3。破碎力是300MPa。圓錐破碎壁的底部為受力中的固定面，受力面為與圓錐軀體 接觸的部分即它的整個錐面。選擇分析類型為static 靜態(tài)分析。等待系統(tǒng)計算并生成網(wǎng)格圖形。
        （2）圓錐破碎壁受力后的應變圖和應力圖，受力后的變形情況和未受力時的形狀，變形前后對比。依次如下圖。

 
          由應變圖知，圓錐破碎壁zui大的位移DMX 為5.658mm,zui大應變SMX 為5.658mm/m2，由應變下方的標尺可知，圓錐破碎壁受力后，zui大變形發(fā)生在和圓錐軀體接觸的部分也就是主要受力的部分即錐面的上半部分，而整個錐 面也是相對變形較大的部分，zui小變形發(fā)生在底部，也就是*固定的部分。由應力圖知，圓錐破碎壁受到的zui大應力SMX 為0.893×1010Pa，zui小應力SMN 為0.107×107Pa，由圖下方的標尺可知，圓錐破碎壁受力后，受力zui大處為其與圓錐軀體接觸的部分，即整個錐面，受力zui小的地方是被*固定的底 部，幾乎為0，而且由圖知道，圓錐破碎壁的受力比較均勻，受力zui大處不是太明顯。這種受力狀況應該是比較理想的。
 
          根據(jù)圓錐破碎壁變形前后的形狀比較，可以知道圓錐破碎壁的變形形式是整個錐面以對稱的方式向外延伸，近乎膨脹，由此可推測，圓錐破碎壁受到拉伸作用。圓錐 破碎壁的作用主要是碾碎物料，在工作中受到的力還是很大的，所以通過比較受力前后的形狀，雖然它叫主軸變形沒有那么明顯，但還是不難觀察它的變形。
 
          5.3.2 圓錐破碎壁的modal 模態(tài)分析
         （1）接著靜態(tài)分析往下做，將圓錐破碎壁變回網(wǎng)格造型，圓錐破碎壁的底部為受力中的固定面，受力面為與圓錐軀體接觸的部分即它的整個錐面。選擇分析類型為modal 模態(tài)分析。
 
         （2）在模態(tài)分析中選擇6 階，觀察第4 階的分析結果。
 
         （3）圓錐破碎壁受力后的變形情況和變形前后的形狀，依次如下圖所示。

 
         由圖知，模態(tài)分析中的圓錐破碎壁受力后變形較靜態(tài)分析時明顯，變形分布的情形也大不相同，而且變形程度較大。zui大位移DMX 為0.143×10- 5mm， zui小應變SMX 為0.143×10- 5mm/m2。由圖下方的標尺知道圓錐破碎壁變形zui大的地方是圓錐破碎壁和圓錐軀體接觸的地方，和靜態(tài)分析時的應變狀況相似，變形較大的地方集中在整個錐 面及主要的受力面，變形zui大的地方是錐面上的中間的一小部分圓形的地方，前后對稱。變形zui小的地方是被固定的底部，應變?yōu)?。這種應變的情況較靜態(tài)分析時 的情況沒有那么理想。根據(jù)圓錐破碎壁變形前后的形狀比較，可知圓錐破碎壁的變形形式是整個錐面以對稱的方式向里凹陷，由此可推測，圓錐破碎壁受到壓迫作 用。圓錐破碎壁的作用主要是碾碎物料，在工作中受到的力還是很大的，所以通過比較受力前后的形狀，雖然它較主軸變形沒有那么明顯，但還是不難觀察它的變 形。