关于振动筛振动电机安装轴的断裂分析探讨

摘要：在工业和食品行业中常用到的振动筛在使用过程中会出现安装轴发生断裂的情况。本文主要通过对安装轴进行受力分析，找出造成安装轴断裂的原因，并进行疲劳强度校核，发现安装轴不一定能满足疲劳强度要求。对此还对设计做出了一些改进建议。

关键字：振动筛；振动电机；安装轴；强度；分析

1.引言

现在在食品领域和重工业生产领域上都会用到由振动电机作为驱动的振动筛，食品领域主要有粮食、饲料、食品加工等，重工业领域主要有冶金、机械、采矿等，主要是利用振动将物料中的杂质去除，还可将物料进行筛选分类等。随着市场需求的不断加大，食品行业规模也在不断扩大，振动筛的需求开始向着中大型发展。

在日常生产中，见得比较多的是振动电机安装在筛体两侧的振动筛，但少数的电机也会安装在筛体的底部或者顶部的安装轴上。对于某些中大型的振动筛，它的电机一般选择安装在筛体底部。在使用过程中，偶尔会出现筛体震裂和安装轴断裂的现象。因此，在设计和制造的过程中，要重视此类情况，尽可能的避免其发生。当筛体的长、宽、重量较大的时候，就算安装轴直径增得较大，但在使用过程中还是会发生断裂。

在工作的时候，筛体的提供振动的电机的安装轴都会承受多种形式的动载荷，在动载荷的作用下就会在轴和筛体上产生相应的动应力。由于振动是周期性的，所以产生了周期性的应力变化。当应力变化随着时间不断循环到达某个值的时候，筛体和安装轴就会出现疲劳破坏。因此，在设计时，除了要考虑筛体和安装轴的静强度以外，还要考虑他们的疲劳破坏，综合弯曲、扭转等情况以及交变应力的作用，对构件进行疲劳强度计算。

2.振动电机安装轴受力分析

在对振动电机安装轴进行受力分析之前，为了简化分析，对其做了几点假设：假设一，将电机安装轴的自重忽略；假设二，将安装轴看做是一端为铰链支座另一端为活动铰链支座的梁，另外，振动筛工作时，两耳板会有弯曲变形；假设三，两电机的在工作时会产生脉动动载荷，会使安装轴发生扭转振动，故其重量的影响不能忽略；假设四，忽略需要筛选的物料对分析计算的影响，将振动筛的振动看为线性振动。

从三个坐标平面对振动电机安装轴进行受力分析，发现安装轴在三个平面内均受到力偶的作用。电机产生的两个激振力集中作用在安装轴上，且随着时间不断变化。同时振动电机还会以力矩的形式给安装轴两个轴向的激振力，力矩的大小也会随着时间周期性变化。由于振动惯性力导致筛体发生弯曲变形，又产生两个力矩，且这两个力矩也会随时间不断变化。最后，由电机自重和偏心距的影响，产生能使安装轴做弹性振动的扭矩，且扭矩也会随时间周期性变化。

3.安装轴的疲劳强度计算

做完了受力分析，接下来进行疲劳强度计算。通过之前的分析可以知道，在外载荷和弯矩的作用下，在安装轴内产生了弯矩，在振动电机自重的作用下，对安装轴产生了扭矩。因此，有两种组合变形需要进行讨论：一是弯曲扭转组合变形，二是拉压弯曲与扭转组合变形。根据设计手册选择安装轴在受到交变应力作用下的工作安全系数和许用安全系数。通过查找材料手册，找到安装轴对应的材料的力学性能，例如屈服强度值、剪切许用应力值等，在根据所选择的安装轴尺寸大小，计算安装轴的重量，结合之前受力分析得到的力、力矩的大小4.几项改进措施

4.1 增大筛体横向抗弯曲刚度。要想增大筛体横向的抗弯曲刚度，可以采用在筛体的上部和下部增加横向的钢件的方法，在此之上耳，将加固了加强筋的耳板加设在筛体底部，以加强筛体的刚度。

4.2 提高安装轴的疲劳强度。提高安装轴的疲劳强度可以通过以下方法达成：将周径减小，换一种材质更合适的钢材；为加强安装轴的强度，可以将棒料改成厚壁钢管；在刚体表面进行调质处理以增强刚体强度。另外，尽量减少交变应力的产生和降低电机的振动，可以通过将两电机安装在一块特制的板上来实现。电机的振动频率也会影响安装轴的疲劳强度，选择合适的激振力和振动频率，能较好的避免安装轴和筛体达到疲劳极限。

5.结论

根据中大型振动筛电机的布置情况，对电机的安装轴进行了受力分析和强度计算，分析计算结果表明，在工作过程中，安装轴受到来自振动电机的三个方向的交变动载荷，这是直接导致安装轴发生断裂破坏的最主要原因。针对上述疲劳强度计算的结果可以知道，大型振动筛没有满足强度要求。对此，笔者针对大型振动筛的设计提出了一些改进方法，希望有助于改善振动筛振动电机安装轴断裂的情况。

6.参考文献

[1]李诗龙，宋新毛. 振动筛振动电机安装轴的断裂分析及对策[J]. 轻工机械，2004，04：117-120.

[2]张永林，王章海. 振动电机激振的振动筛运动分析及主参数设计[J]. 粮食与饲料工业，1998，09：20-21.

[3]樊建永. 关于振动电机式振动筛的两点研究与探讨[J]. 科技信息，2013，02：427-428.

7.作者简介：

张冠（1959—），男，江苏省海安县人，工程师，江苏省振动工程学会会员，从事振动机械设备设计研究工作。