基于ADAMS的高速离心雾化器料液喷洒盘的偏心距对主轴强度的影响

吴海洋　刘清嫦

（东莞新科技术研究开发有限公司，东莞 523000）

基于ADAMS的高速离心雾化器料液喷洒盘的偏心距对主轴强度的影响

吴海洋刘清嫦

（东莞新科技术研究开发有限公司，东莞 523000）

本文通过应用多体动力学分析软件ADAMS，研究柔性化的主轴在工作过程中各点的应力随时间的变化关系，也得到料液喷洒盘的偏心距与主轴强度的关系式，为高速离心雾化器的设计和装配提供了可靠的理论指导。

刚体 柔性体 动力学 有限元

1　概述

喷雾干燥是通过喷雾把供给的料浆喷射进入热干燥介质，使流体材料转变成干燥粉粒的过程。它在当今的药物、陶瓷、染料等工业领域应用越来越广。电动高速雾化器作为喷雾干燥设备因具有低振动、低功耗、高转速、高稳定性等优点，而日益受到客户的青睐，使用日趋广泛。

疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下产生破坏的最大应力，又称为疲劳极限。疲劳强度是衡量机械零件抵抗失效能力的重要指标，是机械零部件首先应满足的基本要求。在高速离心雾化器中，由于装配在主轴上的料液喷洒盘与主轴的同轴度不可能为零，在主轴的长时间高速旋转中，当产生的交变应力超过主轴的疲劳强度时，就会发生脆性断裂，造成较大经济损失。因此，研究高速离心雾化器的料液喷洒盘与主轴偏心距对主轴强度影响具有重大的现实意义。

2　高速离心雾化器的工作原理

离心雾化器由料液分配盘、料液喷洒盘、壳体、主轴、进料口等部门组成，结构原理图如图1所示。

图1　高速离心雾化器结构原理图

高速马达直接或通过皮带轮驱动主轴在工作转速允许范围内高速旋转，一般转速在4000～12000r/min。主轴上装有喷洒盘，料液通过进料管进入料液分配盘后，再进入高速旋转的喷洒盘后进行雾化。

雾化器的主轴是离心干燥机的关键部件。料液喷洒盘对主轴轴心的偏心距直接影响主轴的强度，从而影响主轴的寿命。

3　雾化器主轴的柔性化分析

因为受喷洒料盘加工精度的影响，它相对于主轴中心具有偏心距。在离心雾化器高速旋转时，主轴会上下摆动，产生弯曲，从而影响主轴的寿命。因此，需要分析料液喷洒盘的偏心距对主轴强度的影响，如图3所示。

图3　分析的对象

3.1柔性主轴的建立

利用有限元软件ANSYS，直接生成主轴的MNF（模态中性文件）文件。为了保证将主轴导入ADAMS后的正确连接，需要在连接部位创建外界点（attach point），通过MPC单元与之相连。

3.2柔性主轴的动态仿真分析

在ADAMS中导入模态中性文件后，再在柔性体与零件之间施加约束和转速（如图4所示）。

图4　柔性主轴在ADAMS中的模型

图5　主轴的转速曲线

图6　喷洒盘的摆动曲线（偏心距10um）

图7　主轴应力最大节点的应力曲线（偏心距10um）

此外，从图5、6、7可以看出，主轴在工作过程中各点的应力随时间会发现变化。当主轴的转速在0.6s内从0加到2094.4rad/s的过程中，主轴产生抖动，在0.62s后趋于稳定。

使用ADAMS软件可以计算出料液喷洒盘相对于主轴轴心不同偏心距下，主轴的最大位移和应力，如表1的偏心距主轴位移、应力关系，从而得到偏心距与主轴强度的关系y=1.1024x+0.9602（R²=0.9998），如图8所示。可见，料液喷洒盘的偏心距与主轴强度成线性关系。

表1　偏心距主轴位移、应力关系表

4　结论

图8　偏心距与应力曲线

随着市场竞争的加剧，产品更新周期越来越短，企业对新技术的需求也更加迫切。而有限元数值模拟技术和多体动力学虚拟现实技术是缩短设计周期、提升产品质量、提高产品竞争力的一项有效手段。本文通过应用多体动力学分析软件ADAMS，研究柔性化的主轴在工作过程中各点的应力随时间的变化关系，得到料液喷洒盘的偏心距与主轴强度的关系式，为高速离心雾化器的设计和装配提供了可靠的理论指导。例如，在设计中对主轴、壳体和料液喷洒盘的同轴度要求，在装配时对偏心距的手工修正都可以参考此关系式。同时通过ADAMS得到时间vs应力的曲线，也可以为疲劳分析提供主轴工作时载荷参数，以便预测主轴的寿命。

综上所述，应用ADAMS软件研究高速离心雾化器料液喷洒盘的偏心距对主轴强度的影响具有较高的参考和指导意义。

[1]程立平，张云清.机械系统动力学分析及ADAMS运用教程[M].北京：北京理工大学出版社，2005.

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Based ADAMS Eccentric High-speed Centrifugal Atomizer Spray Liquid Feed Tray From the Impact of the Strength of the Spindle

WU Haiyang,LIU Qinge
(Dongg uan New Technology Research and Devel opment Co., Ltd., Dongguan 523000)

In this paper, through the application of dynamic analysis software ADAMS multi-body, Fl exible sha ft during operation of the stress changes with each point of time, it has also been sprayed liquid feed with the spindle disc eccentricity strength relationship for the high-spe ed centrifugal fog of the design and assembly provides a reliable theoretical guidance.

rigid, flexible body dynamics, finite element