锤片式粉碎机转子结构动态优化设计
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锤片式粉碎机转子结构动态优化设计
振动与冲击第29卷第5期JOURNAL OF VI BRATIO N AND S HOCK Vol .29N o .52010锤片式粉碎机转子结构动态优化设计收稿日期:2009-04-17第一作者王晓博女,硕士生,1984年生王晓博1,3,谢瑞清2,丁武学1,王栓虎1(1.南京理工大学机械工程学院,南京 210094;2.成都精密光学工程研究中心,成都610041;3.西南交通大学牵引动力国家重点实验室,成都 610031摘要:运用有限元法对锤片式粉碎机进行了动力学分析,得到了转子的固有频率、模态振型及不平衡响应等动态特性参数。
利用灵敏度分析技术研究了各结构参数对转子动态性能的影响程度。
以转子重量和不平衡振动响应为状态变量,以转子的固有频率为目标函数对结构进行了动态优化设计。
优化结果表明,转子动态性能得到明显改善,为解决粉碎机的振动问题提供了有效的途径。
关键词:锤片式粉碎机;优化设计;灵敏度分析;动力学分析;有限元法中图分类号:TH 133 文献标识码:A锤片式粉碎机是目前饲料工业中应用最广泛的一种粉碎机机型,它主要利用高速旋转的锤片对物料产生强烈的冲击和摩擦来达到对物料破碎的目的,具有结构简单、通用性好、适应性强、生产率高的特点。
但由于是在高速旋转工况下的机械,这类粉碎机普遍存在振动和噪音较大的问题。
目前国内外对锤片式粉碎机的研究主要集中在,诸如转子直径、粉碎室宽度、锤片末端线速度、锤筛间隙、锤片数量、锤片厚度、锤片排列方式以及吸风量等因素对粉碎机工作效率的影响上,其研究目的多在于提高粉碎效率,节能降耗[1-5]。
但对锤片式粉碎机的动态特性及其影响因素的研究则相对较少,关于锤片式粉碎机结构动态优化设计的研究则几乎空白。
本文利用有限元分析软件ANSYS ,对锤片式粉碎机转子-轴承系统进行了动力学分析,得到了系统的固有频率、振型以及不平衡振动响应。
基于灵敏度分析原理分析各结构参数对系统动态特性的影响,并根据现代机械优化设计理论对转子结构进行优化,可为相似类型的旋转机械的动态优化设计提供参考。
锤片式粉碎机转子系统的模态分析
锤片式粉碎机转子系统的模态分析锤片式粉碎机是一种重要的物料破碎设备，在矿山、冶金、建材等行业中被广泛应用。
其主要工作原理是通过高速旋转的转子将物料击碎后通过筛分机构分离出所需要的粉末状物料。
由于锤片式粉碎机的转子系统是其最为核心的部分之一，因此对其进行模态分析是非常重要的。
锤片式粉碎机转子系统由转子、锤头、止口盘和轴承等组成。
转子是锤片式粉碎机的关键部件之一，是由轴承联接而成的主轴，锤头则是安装在转子上的破拆物料的工具，止口盘则是用于固定锤头的部件，轴承则是转子系统的关键支撑部件。
为了对锤片式粉碎机转子系统进行模态分析，我们需要根据其实际的工作情况和特征建立相应的数学模型。
根据转子系统的实际情况，我们可以将其简化为一个简单的离散化梁系统，然后通过有限元方法进行求解。
在进行模态分析之前，首先需要对锤片式粉碎机转子系统的参数进行确定。
这些参数包括转子的质量、转子的转速、转子的几何尺寸、锤头的数量和位置、止口盘的尺寸和材料、轴承的型号、材料和安装位置等等。
根据确定的参数，我们可以对模型进行建立，并进行模态分析。
模态分析可以帮助我们分析出锤片式粉碎机转子系统的固有频率和模态形式，进而了解其在工作中的可能存在的共振和异常振动情况。
在模态分析中，我们可以对不同的参数进行敏感度分析，确定其对转子系统共振情况的影响。
通过以上的分析，我们可以进一步优化锤片式粉碎机的转子系统，并提高其在生产过程中的效率和稳定性。
锤片式粉碎机的转子系统的模态分析不仅可以为其在设计和制造阶段提供重要的参考和支持，同时也可以为其后续应用和维护提供有力的指导和保障。
锤片式粉碎机设计解析(可编辑修改word版)
锤片式粉碎机设计摘要饲料的粉碎在生产过程中是非常重要的一个程序。
本次设计的锤片式粉碎机就是当前粉碎机中最为广泛的一种，它的原理是利用高速旋转的锤片来击碎饲料，低速的物料在首次与高速的锤片发生剧烈的撞击后，被撞击拉入加速区，在此颗粒速度能在很短的时间内被提高到接近锤片的末端线速度，并随着锤片一起作圆周运动，而在全速区逐渐形成物料环流层，同时物料也得到进一步的粉碎。
它不但有通用性广、效率高、粉碎质量好的优点，而且还有操作维修方便、动力消耗低等优点。
本次的设计对粉碎机的每个零件都做了很详细地计算，比如锤片的安装、主轴的计算及筛片的选择和计算。
力求设计的粉碎机有便于拆卸、操作简便、度产量高等优点。
我想对今后的先进锤片式粉碎机的设计以及推广、进一步理论研究起到了一定的作用。
关键词：粉碎、饲料、锤片式粉碎机Hammer type crusher designABSTRACT：The shattering of the feed in the process of production is very important for a program. The design of hammer type crusher is one of the most widely in current pulverization and its principle is to use the high speed rotating hammer to break feed, the low speed of materials for the first time in high-speed hammer of the intense collision occurs after being hit into acceleration area, the particle velocity can be improve in a very short period of time to close to the end of the hammer of linear velocity, and makes circular movement, together with the hammer and area gradually formed material circulation layer at full speed, also further crushing material. It not only has wide generality, good quality, high efficiency, advantages, and convenient operation and maintenance, and low power consumption.Key words: grinding, feed, hammer mill目录前言 (5)第1 章绪论 (6)1.1粉碎的概述 (6)1.2粉碎的目的 (6)1.3粉碎的方法 (6)1.4对饲料粉碎机的要求 (7)1.5对饲料粉碎机工作性能的评价 (7)1.6粉碎机的类型 (8)第2 章设计原理 (9)2.1粉碎机理 (9)2.2设计原理 (9)第3 章锤片式粉碎机的设计计算 (10)3.1主要技术参数的确定 (11)3.1.1锤片末端线速度V (11)3.1.2转子工作直径和粉碎室宽度 (11)3.1.3转子工作直径D (11)3.1.4粉碎室宽度B (12)3.1.5转子转速n 的确定 (12)3.1.6生产率Q 的确定 (12)3.1.7配套功率N (13)3.2电动机的选择 (13)3.3锤片的安装 (14)3.3.1锤片的形状及结构尺寸 (14)3.3.2锤片的材料 (15)3.3.3锤片的安装排列 (15)3.4筛片的设计 (16)洛阳理工学院毕业设计（论文）3.5主轴的设计 (18)3.5.1选择轴的材料 (18)3.5.2轴的转速 (18)3.5.3轴的输入功率 (18)3.5.4轴转矩 (18)3.5.5轴直径的确定 (19)3.5.6轴的设计原则 (19)第4 章主要零件校核 (19)4.1轴的结构设计 (20)4.2轴的受力图 (20)第5 章粉碎机的安装与维护 (22)5.1粉碎机的安装要求 (23)5.2粉碎机的维修保养 (23)5.3粉碎机常见故障的原因与排除方法 (23)结论 (25)谢辞 (26)参考文献 (27)附录 (28)前言目前，我国还是一个农业国，农作物秸秆也是相当的多，过去人们多秸秆的利用还没有引起足够的重视，要么就地焚烧，要么就是丢掉任其发展。
锤片式粉碎机转子系统的模态分析
锤片式粉碎机转子系统的模态分析
锤片式粉碎机是一种常用于碎、磨各种物料的机械设备。
转子系统是粉碎机的核心组
成部分，直接影响着粉碎机的工作性能和粉碎效果。
为了进一步优化锤片式粉碎机的设计
和改进，需要对转子系统进行模态分析。
模态分析是一种通过计算机模拟和数值计算，寻找结构体系振动固有特性的分析方法。
在锤片式粉碎机的转子系统中，主要介绍了刚度矩阵、质量矩阵、固有频率和振型等参数
的计算方法。
刚度矩阵的计算是模态分析的基础。
刚度矩阵是描述系统各个节点之间相对刚度关系
的矩阵。
在锤片式粉碎机的转子系统中，刚度矩阵可以通过根据材料的弹性模量和截面面
积计算得到，其中涉及到材料力学性能的知识。
然后，通过解刚度矩阵和质量矩阵的特征值问题，可以得到系统的固有频率和振型。
固有频率是指转子系统在自然状态下的振动频率，可以通过特征值的计算得到。
振型是指
转子系统在不同频率下的振动状态，可以通过特征向量的计算得到。
模态分析的结果可以用于评估转子系统的振动稳定性和工作性能，并指导转子系统的
设计和改进。
可以通过调整转子系统的结构参数和材料性能，改善转子系统的振动特性，
提高粉碎机的工作效率和使用寿命。
锤片式粉碎机空载运行中锤片的受力及运动状态
轴件的滑动摩擦系数），当 µ dNr2 ≥ mgr1 时，锤片绕销
轴摆动的激励条件不复存在，稳态振动响应也将很快消 失，从而使锤片实现相对销轴的稳定静止。这时锤片重 力所导致的广义激励力依然存在，只是被摩擦力相反的 矩抵消而已，此时起作用的是静摩擦力，其大小和方向 取决于主动作用力。
实际应用中，锤片式粉碎机的工作转速均较高，足
3 无锤销摩擦时锤片相对销轴的运动状态
在忽略图 2 中摩擦力的情况下，可以得到锤片以销 轴轴心 O2 为悬点，以 O1O2 连线外延长线为平衡位置的 振动微分方程
其中
d2 φ JO2 d t 2
=
−Fd
+ mgr1sin(β
+ φ)
（1）
F
=
mω
2 1
L
d = r1R sinφ L
（2） （3）
L = r12 + R2 + 2r1R cosφ
（4）
β = ω1t
（5）
式中，F 为锤片绕主轴旋转而产生的离心惯性力，N；m 为锤片的质量，kg；JO2 为锤片绕销轴轴心 O2 的转动惯量； r1 为锤片质心绕销轴的旋转半径，m；R 为销轴轴心绕主 轴中心的旋转半径，m；d 为销轴中心到离心力 F 作用线 的距离，m；φ为锤片绕销轴轴心 O2 的摆角，逆时针为正， rad；β为转子 O1O2 线绕旋转中心的转角，逆时针为正， rad；L 为锤片质心到主轴旋转中心的距离，m；ω1 为转
偏角表达式显示，其数值仅与锤销间静摩擦系数和锤片-转子系统的结构及工作参数有关；同时，锤片的相对随机偏转静
止使得转子锤片组的质心同样产生随机偏移现象。该文的研究结果为锤片式粉碎机动特性分析及结构优化设计提供了理
论依据。
轴摆动的激励条件不复存在，稳态振动响应也将很快消 失，从而使锤片实现相对销轴的稳定静止。这时锤片重 力所导致的广义激励力依然存在，只是被摩擦力相反的 矩抵消而已，此时起作用的是静摩擦力，其大小和方向 取决于主动作用力。
实际应用中，锤片式粉碎机的工作转速均较高，足
3 无锤销摩擦时锤片相对销轴的运动状态
在忽略图 2 中摩擦力的情况下，可以得到锤片以销 轴轴心 O2 为悬点，以 O1O2 连线外延长线为平衡位置的 振动微分方程
其中
d2 φ JO2 d t 2
=
−Fd
+ mgr1sin(β
+ φ)
（1）
F
=
mω
2 1
L
d = r1R sinφ L
（2） （3）
L = r12 + R2 + 2r1R cosφ
（4）
β = ω1t
（5）
式中，F 为锤片绕主轴旋转而产生的离心惯性力，N；m 为锤片的质量，kg；JO2 为锤片绕销轴轴心 O2 的转动惯量； r1 为锤片质心绕销轴的旋转半径，m；R 为销轴轴心绕主 轴中心的旋转半径，m；d 为销轴中心到离心力 F 作用线 的距离，m；φ为锤片绕销轴轴心 O2 的摆角，逆时针为正， rad；β为转子 O1O2 线绕旋转中心的转角，逆时针为正， rad；L 为锤片质心到主轴旋转中心的距离，m；ω1 为转
偏角表达式显示，其数值仅与锤销间静摩擦系数和锤片-转子系统的结构及工作参数有关；同时，锤片的相对随机偏转静
止使得转子锤片组的质心同样产生随机偏移现象。该文的研究结果为锤片式粉碎机动特性分析及结构优化设计提供了理
论依据。
锤片式饲料粉碎机的设计与分析毕业设计
锤⽚式饲料粉碎机的设计与分析毕业设计毕业设计（论⽂）BACH ELOR DISSERTATION论⽂题⽬：锤⽚式饲料粉碎机的设计与分析毕业设计（论⽂）原创性声明和使⽤授权说明原创性声明本⼈郑重承诺：所呈交的毕业设计（论⽂），是我个⼈在指导教师的指导下进⾏的研究⼯作及取得的成果。
尽我所知，除⽂中特别加以标注和致谢的地⽅外，不包含其他⼈或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历⽽使⽤过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个⼈或集体，均已在⽂中作了明确的说明并表⽰了谢意。
作者签名：⽇期：指导教师签名：⽇期：使⽤授权说明本⼈完全了解⼤学关于收集、保存、使⽤毕业设计（论⽂）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论⽂）的印刷本和电⼦版本；学校有权保存毕业设计（论⽂）的印刷本和电⼦版，并提供⽬录检索与阅览服务；学校可以采⽤影印、缩印、数字化或其它复制⼿段保存论⽂；在不以赢利为⽬的前提下，学校可以公布论⽂的部分或全部内容。
作者签名：⽇期：学位论⽂原创性声明本⼈郑重声明：所呈交的论⽂是本⼈在导师的指导下独⽴进⾏研究所取得的研究成果。
除了⽂中特别加以标注引⽤的内容外，本论⽂不包含任何其他个⼈或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本⽂的研究做出重要贡献的个⼈和集体，均已在⽂中以明确⽅式标明。
本⼈完全意识到本声明的法律后果由本⼈承担。
作者签名：⽇期：年⽉⽇学位论⽂版权使⽤授权书本学位论⽂作者完全了解学校有关保留、使⽤学位论⽂的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论⽂的复印件和电⼦版，允许论⽂被查阅和借阅。
本⼈授权⼤学可以将本学位论⽂的全部或部分内容编⼊有关数据库进⾏检索，可以采⽤影印、缩印或扫描等复制⼿段保存和汇编本学位论⽂。
涉密论⽂按学校规定处理。
作者签名：⽇期：年⽉⽇导师签名：⽇期：年⽉⽇注意事项1.设计（论⽂）的内容包括：1）封⾯（按教务处制定的标准封⾯格式制作）2）原创性声明3）中⽂摘要（300字左右）、关键词4）外⽂摘要、关键词5）⽬次页（附件不统⼀编⼊）6）论⽂主体部分：引⾔（或绪论）、正⽂、结论7）参考⽂献8）致谢9）附录（对论⽂⽀持必要时）2.论⽂字数要求：理⼯类设计（论⽂）正⽂字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），⽂科类论⽂正⽂字数不少于1.2万字。
锤片式粉碎机转子系统的模态分析
锤片式粉碎机转子系统的模态分析锤片式粉碎机是一种常用的粉碎设备，广泛应用于矿山、化工、建材等行业。
转子系统作为粉碎机的核心部件之一，其性能直接影响到整个粉碎机的运行稳定性和粉碎效果。
对锤片式粉碎机转子系统进行模态分析，可以为其设计和优化提供重要参考。
一、锤片式粉碎机转子系统的结构锤片式粉碎机转子系统由转子、锤片、轴承和连接部件等组成。
其中转子是整个系统的关键部件，其结构复杂，受力情况复杂，需要进行详细的模态分析。
一般来说，模态分析主要包括静态模态和动态模态两个方面。
静态模态主要是指结构在静态载荷作用下的固有频率和振型分析，而动态模态则是指结构在动态载荷下的频率和振型响应分析。
二、锤片式粉碎机转子系统的静态模态分析1.转子结构的有限元建模在进行静态模态分析之前，首先需要对转子的结构进行有限元建模。
通过有限元软件对转子进行网格划分，建立转子的有限元模型，然后进行网格刚度和质量的分析，确定有限元模型的准确性和合理性。
2.固有频率和振型分析在有限元建模确定后，可以利用有限元软件对转子进行固有频率和振型分析。
通过对转子在不同频率下的振型响应进行分析，可以获得转子在静态载荷作用下的固有频率和振型，为进一步的动态模态分析提供基础。
3.模态的振型分析静态模态分析还包括对转子在不同模态下的振型响应分析。
通过对不同模态下的振型进行分析，可以进一步了解转子在静态载荷作用下的振动情况，对转子的结构进行优化设计提供重要依据。
三、锤片式粉碎机转子系统的动态模态分析1.动态载荷的考虑在动态模态分析中，需要考虑到转子在实际工作中所受到的动态载荷。
锤片式粉碎机在工作过程中会受到来自物料的冲击和挤压力，而且转子在高速旋转时还会受到离心力和惯性力的作用。
在进行动态模态分析时需要考虑这些动态载荷的影响。
2.模态分析的数值计算动态模态分析的数值计算通常通过有限元软件进行。
在软件中设置合适的工况和载荷条件，对转子进行动态模态的数值模拟。
通过数值模拟计算得到转子在动态载荷作用下的响应频率和振型，进一步了解转子在实际工作条件下的振动特性。
基于虚拟样机技术的锤片式粉碎机转子系统创新设计
基于虚拟样机技术的锤片式粉碎机转子系统创新设计基于虚拟样机技术的锤片式粉碎机转子系统创新设计随着工业化进程的推进，粉碎工艺在很多行业中发挥着重要的作用。
锤片式粉碎机是一种常用的粉碎设备，主要用于对物料进行碎磨、破碎等加工。
它的转子是关键组成部分，直接影响着粉碎机的性能和效果。
为了提高锤片式粉碎机的工作效率和稳定性，我们进行了基于虚拟样机技术的转子系统创新设计研究。
首先，我们利用虚拟样机技术建立了锤片式粉碎机的三维数值模型，并对其进行力学仿真分析。
通过对物料在锤片式粉碎机中的加工过程进行动态模拟，我们可以在虚拟环境中观察和分析物料的运动轨迹、受力情况等。
在虚拟样机的基础上，我们对转子系统进行了创新设计。
首先，对转子的结构进行了优化。
我们在原有的转子结构上引入了新型材料，提高了转子的强度和耐磨性，从而延长了转子的使用寿命。
同时，根据物料的特性和粉碎要求，对转子的外形和内部叶片进行了调整和改进，以提高物料的碎磨效果。
其次，我们对转子的平衡性进行了优化。
转子的不平衡会导致振动和噪音等问题，对设备的稳定性和工作效率产生负面影响。
我们利用虚拟样机技术进行了动平衡分析，确定了转子的平衡参数，并通过对转子结构的调整和优化，减小了转子的不平衡现象。
最后，我们对转子的工艺性能进行了改进。
转子的工艺性能直接关系到粉碎机的工作效率和破碎粒度。
我们通过虚拟样机技术对转子的转速、叶片数量和形状进行了优化设计，并结合实际试验进行了验证。
结果表明，转子的改良设计大大提高了粉碎机的工作效率和破碎粒度。
通过基于虚拟样机技术的转子系统创新设计研究，我们成功提高了锤片式粉碎机的工作效率和稳定性。
该创新设计不仅为粉碎机的技术升级提供了新思路和方法，还通过降低转子的不平衡和强化转子的耐磨性，减小了设备的维护和更换成本，具有良好的经济效益和环境效益。
此外，虚拟样机技术的应用也为其他工业设备的创新设计提供了借鉴和参考。
总之，基于虚拟样机技术的锤片式粉碎机转子系统创新设计是一项重要的研究工作，对提高粉碎机的性能和效果具有重要意义。
锤式粉碎机的优化设计_邓洁红
表 1 各种锤片使用性能比较 锤片类型 矩形锤片 焊耐磨合金 阶梯形锤片 尖角锤片 环形锤片 使用性能 通用性好 , 形状简单 , 易制造 。 延长使用寿命 , 制造成本较高 。 工作棱角多 , 粉碎效果好 , 但耐磨性差 。 适于粉碎纤维质物料 , 但耐磨性差 。 只有一个销孔 , 工作中 自动 变换 工作 角 , 因 此磨损均匀 , 使用寿命较长 , 但结构较复杂 。
〔1〕 ( i -1) , 式中 D0 反映物料在粉碎前的原始表面积 , 1 2
K1 则决定于物料的形状 、 质地 、 粉碎方法等综合性因 素。 在粉碎机械中 , 粉碎过程都不是理想的 , 其所需 要的能量包括有效功 、 无效功以及机械传动损耗 。 由 前述公式看 , 粉碎物料所作功与粉碎比有直接关系 , 因此在任何 粉碎机中 , 都应该避免 不必要的过 度粉 碎 , 而要使粉碎后的物料粒度尽可能均匀一致 。 在食 品生产中 , 往往将不同粒度的物料分别加工 , 每次完 成较小的粉碎比 , 中间再加以筛分分级 , 避免粉碎比 太大使机器 功率过大 , 同时减少了 不必要的重 复粉 碎 , 提高制品质量 。 提高锤片式粉碎机的生产效能的关键之一 , 是提 高筛子的筛落能力 , 以克服其排粉效率低于粉碎效率 的缺点 。 其次 , 在结构上 , 要尽可能破坏物料的环流
Optimized design of the hammer pulverizer
DENG Jie-hong , CAO Leping ( 1. College of Food Science and Technology , Hunan Agricultural University , Changsha 410128 ; 2. Hunan Biological and Electronectic Polytecnic , Changsha 410127) Abstract : Hammer-pulverizers are extensively applyed to grain processing . After introduced their structure and operating principle , a project of optimized design of them was put forword . On purpose to improve crush-up efficiency and to reduce the expenditure of energy . Key words : hammer-pulverizer ; feeding manner ; bolt ; optimize design 粉碎( 包括破碎) 是食品加工中的基本操作单元 , 特别在原料加工中非 常重要 , 例如小 麦 、大 麦芽 、大 豆、 薯干 、大米 、饲料等的粉碎 。 破碎和粉碎的方式主要有挤压 、弯曲折断 、剪切 、 撞击和研磨 。 为了使物料获得较好的粉碎效果 , 各种 粉碎机综合地利用了多种粉碎方式 , 其中 , 锤片式粉 碎机广泛地应用于各种食品物料的粉碎 , 被称为万能 粉碎机 。 了解锤片式粉碎机的结构和粉碎机理 , 研究 其优化设计的方法和途径 , 对于食品加工技术研究人 员很有意义 。 现今的锤片式粉碎机在结构性能上还 存在一些缺陷 , 针对传统的锤片式粉碎机 , 在锤片形 式、 筛板结构 、 送料方向等几个方面 , 提出了优化设计 方案 。 1. 2 粉碎的能耗 粉碎机械一般属于重负荷机械 , 有的食品厂 ( 例 如面粉厂) , 粉碎机所需能耗占整个工艺过程能耗的 一大半 , 因此研究粉碎过程的能量消耗对于节省动力 和改进机器都有重要意义 。 粉碎过程消耗的能量与 粉碎比有关 。 粉碎比用 i 表示 , i =D0/Di , 式中 D0 表 示物料粉碎前颗粒平均直径 , Di 为物料粉碎后颗粒平 均直径 。 当粉碎比相当大时 ( i >10) , 粉碎能耗比较 符合雷廷智的“ 面积假说” , 即粉碎所需的能耗与物料 表面积的增加成正比 。 所以粉碎所需的功 A = K1 Do 2
〔1〕 ( i -1) , 式中 D0 反映物料在粉碎前的原始表面积 , 1 2
K1 则决定于物料的形状 、 质地 、 粉碎方法等综合性因 素。 在粉碎机械中 , 粉碎过程都不是理想的 , 其所需 要的能量包括有效功 、 无效功以及机械传动损耗 。 由 前述公式看 , 粉碎物料所作功与粉碎比有直接关系 , 因此在任何 粉碎机中 , 都应该避免 不必要的过 度粉 碎 , 而要使粉碎后的物料粒度尽可能均匀一致 。 在食 品生产中 , 往往将不同粒度的物料分别加工 , 每次完 成较小的粉碎比 , 中间再加以筛分分级 , 避免粉碎比 太大使机器 功率过大 , 同时减少了 不必要的重 复粉 碎 , 提高制品质量 。 提高锤片式粉碎机的生产效能的关键之一 , 是提 高筛子的筛落能力 , 以克服其排粉效率低于粉碎效率 的缺点 。 其次 , 在结构上 , 要尽可能破坏物料的环流
Optimized design of the hammer pulverizer
DENG Jie-hong , CAO Leping ( 1. College of Food Science and Technology , Hunan Agricultural University , Changsha 410128 ; 2. Hunan Biological and Electronectic Polytecnic , Changsha 410127) Abstract : Hammer-pulverizers are extensively applyed to grain processing . After introduced their structure and operating principle , a project of optimized design of them was put forword . On purpose to improve crush-up efficiency and to reduce the expenditure of energy . Key words : hammer-pulverizer ; feeding manner ; bolt ; optimize design 粉碎( 包括破碎) 是食品加工中的基本操作单元 , 特别在原料加工中非 常重要 , 例如小 麦 、大 麦芽 、大 豆、 薯干 、大米 、饲料等的粉碎 。 破碎和粉碎的方式主要有挤压 、弯曲折断 、剪切 、 撞击和研磨 。 为了使物料获得较好的粉碎效果 , 各种 粉碎机综合地利用了多种粉碎方式 , 其中 , 锤片式粉 碎机广泛地应用于各种食品物料的粉碎 , 被称为万能 粉碎机 。 了解锤片式粉碎机的结构和粉碎机理 , 研究 其优化设计的方法和途径 , 对于食品加工技术研究人 员很有意义 。 现今的锤片式粉碎机在结构性能上还 存在一些缺陷 , 针对传统的锤片式粉碎机 , 在锤片形 式、 筛板结构 、 送料方向等几个方面 , 提出了优化设计 方案 。 1. 2 粉碎的能耗 粉碎机械一般属于重负荷机械 , 有的食品厂 ( 例 如面粉厂) , 粉碎机所需能耗占整个工艺过程能耗的 一大半 , 因此研究粉碎过程的能量消耗对于节省动力 和改进机器都有重要意义 。 粉碎过程消耗的能量与 粉碎比有关 。 粉碎比用 i 表示 , i =D0/Di , 式中 D0 表 示物料粉碎前颗粒平均直径 , Di 为物料粉碎后颗粒平 均直径 。 当粉碎比相当大时 ( i >10) , 粉碎能耗比较 符合雷廷智的“ 面积假说” , 即粉碎所需的能耗与物料 表面积的增加成正比 。 所以粉碎所需的功 A = K1 Do 2
锤片式粉碎机转子系统的模态分析
锤片式粉碎机转子系统的模态分析锤片式粉碎机是一种常用的粉碎设备，广泛应用于矿山、冶金、建筑、化工等领域。
其中，转子系统是粉碎机的核心部件之一，直接影响设备粉碎效率和使用寿命。
本文将对锤片式粉碎机转子系统进行模态分析，探究其振动特性和优化方向。
锤片式粉碎机的转子系统由转子、锤片、轴承、支撑架等组成。
转子是由轴承支撑的圆盘状结构，上面固定着若干个对称排列的锤片。
锤片的数量和布局方式根据设备型号和使用条件不同而有所差异。
锤片式粉碎机的转子系统通常有双旋转方向，即在工作时既可以顺时针旋转，也可以逆时针旋转。
转子的旋转方向、转速和锤片的布局方式等直接影响设备的粉碎效率和产量。
模态分析是应用于机械结构的一种基本分析方法，通过计算结构在不同自然频率下的振动模式和振型，确定结构的振动特性和可能出现的失效形式。
对于锤片式粉碎机的转子系统，进行模态分析可以提供设备设计和改进的关键依据，有助于改善其动力性能和粉碎效率。
1. 模型建立首先，需要找到转子系统的三维模型，进行参数化转换，生成有限元网格模型。
然后，确定转子系统的边界条件和加载模式，进行有限元计算，得到转子系统各自然频率下的振动模型。
一般来说，对于锤片式粉碎机转子系统，需要考虑不同的转速、锤片布局和转子公称直径等因素对振动特性的影响。
2. 结果分析根据有限元分析结果，可以得到转子系统不同自然频率下的振型图和频散曲线。
振型图描述了结构在不同频率下的振动模式和振型形态，是判断结构安全性和稳定性的重要指标。
频散曲线是描述机械结构在不同振动模式下的自由振动频率和振动模态的曲线。
通过分析不同自然频率下的振型图和频散曲线，可以判断转子系统存在的振动问题和主要振动模态，为改进和优化设备提供依据。
根据模态分析结果，对于锤片式粉碎机转子系统，需要从以下方面进行优化：1. 减小不平衡质量不平衡质量是影响转子系统振动的主要因素之一。
需要在设计和制造阶段严格控制转子系统的精度和质量，杜绝不平衡现象，降低振动幅值和振动频率。
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片可 绕销轴 自由转 动。
弹性。在主轴与联轴节连接处 ， 考虑存在弹性连接 ， 所 以在水 平和 垂 直 方 向上 也 设 置 两个 弹 簧单 元 ， 模 拟 来 联轴节对主轴的支承作用 。
通 过 以上 的简化 处理 ， 定 好材 料参 数 ， 分 网格 设 划 并 建立 约束 ， 后建 立 的锤 片 式 粉碎 机 转 子 一轴 承 系 最
中图 分 类 号 ：Ｔ ３ Ｈ１３ 文 献 标识 码 ：Ａ
锤 片式粉 碎机是 目前 饲 料工 业 中应 用 最广 泛 的一
种粉碎 机机 型 ， 主要 利 用 高 速 旋转 的锤 片对 物 料 产 它 生强烈 的冲击 和 摩 擦 来 达 到对 物 料 破 碎 的 目的 ， 有 具 结 构简单 、 通用 性 好 、 应 性 强 、 产 率 高 的 特 点 。但 适 生 由于是 在高速 旋 转 工 况 下 的机 械 ， 类 粉 碎 机 普 遍 存 这
在 振动 和噪音较 大 的问题 。 目前 国 内外对 锤 片 式粉 碎
机 的研究 主要 集 中 在 ， 如转 子 直径 、 碎 室 宽 度 、 诸 粉 锤 片末 端线速 度 、 筛间 隙 、 片 数量 、 片 厚度 、 片 排 锤 锤 锤 锤 列方 式 以及 吸风 量 等 因 素 对 粉 碎 机 工 作 效 率 的影 响 上 ， 研究 目的 多 在 于 提 高 粉 碎 效 率 ， 能 降耗 ＿ Ｊ 其 节 ｌ 。 但对锤 片式 粉碎机 的动 态特 性及 其 影 响 因素 的研 究则
１８ ４
振 动 与 冲 击
２１ ００年第 ２ ９卷
上述模ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ进行分析求解 ， 即可得到 了转子的各 阶固有
频率 （ 表 １ 和模 态 振 型 （ 图 ３ 为了保证机器安 见 ） 如 ） 全 运行和 正 常工 作 ， 机 械设 计 中应 使 旋 转轴 的工 作 在
着 主轴一 同旋 转 ， 将其 简化 为三维质 量单元 Ｍ Ｓ２ 。 Ａ Ｓ １ （ ）对 起弹 性支 承作 用 的滚动 轴 承用 Ｃ ＭＢＮ ４ ３ Ｏ Ｉ １ 弹 簧单 元 来 模 拟 。 由于 Ｃ Ｍ Ｉ １ 一 维 弹 簧单 元 ， Ｏ ＢＮ ４是 所 以考 虑 在 主 轴 的 水 平 和 垂 直 方 向 分 别 设 置 ２个
相对较 少 ， 于 锤 片 式粉 碎 机 结 构 动 态 优 化设 计 的研 关 究则几 乎空 白。
图 １ 锤 片式 粉 碎 机 转 子 一 承 系统 Ｃ Ｄ模 型 轴 Ａ
１ ２ 有限元 模型 ．
根 据转子 的实 际 结构 ， 不 影 响计 算 精 度 的前 提 在 下， 建立 转子 有 限元模 型过 程 中进 行 了以下简化 ： （ ） 将主轴 和定 位套 筒 合 并 为 一个 几 何 实 体 ， １ 采 用 Ｂ Ａ ８ 梁 单元来 模拟 。对 于 主轴 的变 截 面结构 ， Ｅ Ｍ１８
振 第２ ９卷第 ５期
动
与
冲
击
Ｊ Ｒ ＯＵ ＮＡＬ ０Ｆ Ｉ ＲＡＴ Ｏ ＡＮＤ ＨＯＣ ＶＢ ＩＮ Ｓ Ｋ
锤 片 式粉碎 机 转 子结构 动 态优 化设 计
王 晓博 ，谢瑞清 ，丁武学 ，王栓虎
（． １南京理工大学 机械工程学院 ， 京 南 ２０ ９ ；． １０４ ２ 成都精 密光学工程研究中心 ， 成都 ６０ ３ ） １０ １ ６ ０４ ； １０ １ ３ ．西南交通大学 牵 引动力 国家重点实验室 ， 成都
摘 要 ：运用有限元法对锤片式粉碎机进行了动力学分析， 得到了转子的固有频率、 模态振型及不平衡响应等动
态特性参数 。利用灵敏度分析技术研究 了各结构参数对转子动态性 能的影响程度 。以转子重量 和不平衡振动响应为状
态变量 ， 以转子 的固有频率为 目标函数对结构进行 了动态优化设计。优化结 果表明 ， 转子动态性 能得到 明显改善 ， 为解决 粉碎机的振动问题提供了有效 的途径 。 关键词 ：锤 片式 粉碎机 ； 化设计 ； 优 灵敏度分析 ； 动力学分析 ； 限元法 有
可 以通 过定义 不 同的梁截 面来模 拟 。 （ ）锤 架板 、 圈 、 ２ 挡 锤片 、 销轴 、 片隔 套等零 件 随 锤
本 文利 用 有 限元 分 析 软件 Ａ Ｓ Ｓ 对 锤 片 式粉 碎 ＮＹ ，
机转子 一轴 承系 统 进 行 了 动力 学 分 析 ， 到 了 系统 的 得
固有频率 、 型 以及 不 平 衡 振 动 响应 。基 于灵 敏 度 分 振 析原理分 析各 结 构 参 数对 系统 动 态 特 性 的 影 响 ， 根 并 据现代机 械优 化 设 计 理论 对 转 子 结 构 进 行 优 化 ， 为 可 相 似类 型的旋转 机械 的动态优 化设计 提供 参考 。
轴 、 片隔套 ， 锤 以及 其 他一 些 标 准 件 （ 键 、 口销 、 如 开 圆
螺母 、 止推垫圈等） 组成。锤片式粉碎机转子不 同于一 般机械设备中常见 的内部无活动部件 的转子 ， 其执行 粉碎 的主 要部 件— —锤 片 ， 悬 挂 在 均 布 于转 子 锤 架 是 板 的销 轴上 的 ， 锤片 与销轴 的联 接方 式属 于 铰 接 ， 锤 各
统 有 限元 模 型 如 图 ２所 示 。整 个 模 型 共 有 节 点 １０ ５
个 ，Ｅ Ｍ１８梁单 元 １７个 ， Ｏ ＩＥ ４弹 簧单 元 １ ＢＡ ８ ３ Ｃ ＭＢＮ １ ２ 个 ， Ｓ２ 质量 单元 １ 。 ＭＡ Ｓ １ １个
收稿 日期 ：２０ ０ ０ ９— ４—１ ７
第一作者 王晓博 女 ， 硕士生 ，９４年生 １８
Ｃ ＭＢＮ１ 元 ， Ｏ Ｉ ４单 来分 别模 拟滚动轴 承在这 两个方 向的
１ 转子 一 轴承 系统有 限元模型及动力学分析
１ １ 锤 片式 粉碎机转 子 的基本 结构 ．
图 １为锤 片式粉碎 机转 子 的 Ｃ Ｄ模 型 。锤 片式粉 Ａ 碎机 的转 子 主 要 由 主 轴 、 架 板 、 位 套 筒 、 片 、 锤 定 锤 销
弹性。在主轴与联轴节连接处 ， 考虑存在弹性连接 ， 所 以在水 平和 垂 直 方 向上 也 设 置 两个 弹 簧单 元 ， 模 拟 来 联轴节对主轴的支承作用 。
通 过 以上 的简化 处理 ， 定 好材 料参 数 ， 分 网格 设 划 并 建立 约束 ， 后建 立 的锤 片 式 粉碎 机 转 子 一轴 承 系 最
中图 分 类 号 ：Ｔ ３ Ｈ１３ 文 献 标识 码 ：Ａ
锤 片式粉 碎机是 目前 饲 料工 业 中应 用 最广 泛 的一
种粉碎 机机 型 ， 主要 利 用 高 速 旋转 的锤 片对 物 料 产 它 生强烈 的冲击 和 摩 擦 来 达 到对 物 料 破 碎 的 目的 ， 有 具 结 构简单 、 通用 性 好 、 应 性 强 、 产 率 高 的 特 点 。但 适 生 由于是 在高速 旋 转 工 况 下 的机 械 ， 类 粉 碎 机 普 遍 存 这
在 振动 和噪音较 大 的问题 。 目前 国 内外对 锤 片 式粉 碎
机 的研究 主要 集 中 在 ， 如转 子 直径 、 碎 室 宽 度 、 诸 粉 锤 片末 端线速 度 、 筛间 隙 、 片 数量 、 片 厚度 、 片 排 锤 锤 锤 锤 列方 式 以及 吸风 量 等 因 素 对 粉 碎 机 工 作 效 率 的影 响 上 ， 研究 目的 多 在 于 提 高 粉 碎 效 率 ， 能 降耗 ＿ Ｊ 其 节 ｌ 。 但对锤 片式 粉碎机 的动 态特 性及 其 影 响 因素 的研 究则
１８ ４
振 动 与 冲 击
２１ ００年第 ２ ９卷
上述模ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ进行分析求解 ， 即可得到 了转子的各 阶固有
频率 （ 表 １ 和模 态 振 型 （ 图 ３ 为了保证机器安 见 ） 如 ） 全 运行和 正 常工 作 ， 机 械设 计 中应 使 旋 转轴 的工 作 在
着 主轴一 同旋 转 ， 将其 简化 为三维质 量单元 Ｍ Ｓ２ 。 Ａ Ｓ １ （ ）对 起弹 性支 承作 用 的滚动 轴 承用 Ｃ ＭＢＮ ４ ３ Ｏ Ｉ １ 弹 簧单 元 来 模 拟 。 由于 Ｃ Ｍ Ｉ １ 一 维 弹 簧单 元 ， Ｏ ＢＮ ４是 所 以考 虑 在 主 轴 的 水 平 和 垂 直 方 向 分 别 设 置 ２个
相对较 少 ， 于 锤 片 式粉 碎 机 结 构 动 态 优 化设 计 的研 关 究则几 乎空 白。
图 １ 锤 片式 粉 碎 机 转 子 一 承 系统 Ｃ Ｄ模 型 轴 Ａ
１ ２ 有限元 模型 ．
根 据转子 的实 际 结构 ， 不 影 响计 算 精 度 的前 提 在 下， 建立 转子 有 限元模 型过 程 中进 行 了以下简化 ： （ ） 将主轴 和定 位套 筒 合 并 为 一个 几 何 实 体 ， １ 采 用 Ｂ Ａ ８ 梁 单元来 模拟 。对 于 主轴 的变 截 面结构 ， Ｅ Ｍ１８
振 第２ ９卷第 ５期
动
与
冲
击
Ｊ Ｒ ＯＵ ＮＡＬ ０Ｆ Ｉ ＲＡＴ Ｏ ＡＮＤ ＨＯＣ ＶＢ ＩＮ Ｓ Ｋ
锤 片 式粉碎 机 转 子结构 动 态优 化设 计
王 晓博 ，谢瑞清 ，丁武学 ，王栓虎
（． １南京理工大学 机械工程学院 ， 京 南 ２０ ９ ；． １０４ ２ 成都精 密光学工程研究中心 ， 成都 ６０ ３ ） １０ １ ６ ０４ ； １０ １ ３ ．西南交通大学 牵 引动力 国家重点实验室 ， 成都
摘 要 ：运用有限元法对锤片式粉碎机进行了动力学分析， 得到了转子的固有频率、 模态振型及不平衡响应等动
态特性参数 。利用灵敏度分析技术研究 了各结构参数对转子动态性 能的影响程度 。以转子重量 和不平衡振动响应为状
态变量 ， 以转子 的固有频率为 目标函数对结构进行 了动态优化设计。优化结 果表明 ， 转子动态性 能得到 明显改善 ， 为解决 粉碎机的振动问题提供了有效 的途径 。 关键词 ：锤 片式 粉碎机 ； 化设计 ； 优 灵敏度分析 ； 动力学分析 ； 限元法 有
可 以通 过定义 不 同的梁截 面来模 拟 。 （ ）锤 架板 、 圈 、 ２ 挡 锤片 、 销轴 、 片隔 套等零 件 随 锤
本 文利 用 有 限元 分 析 软件 Ａ Ｓ Ｓ 对 锤 片 式粉 碎 ＮＹ ，
机转子 一轴 承系 统 进 行 了 动力 学 分 析 ， 到 了 系统 的 得
固有频率 、 型 以及 不 平 衡 振 动 响应 。基 于灵 敏 度 分 振 析原理分 析各 结 构 参 数对 系统 动 态 特 性 的 影 响 ， 根 并 据现代机 械优 化 设 计 理论 对 转 子 结 构 进 行 优 化 ， 为 可 相 似类 型的旋转 机械 的动态优 化设计 提供 参考 。
轴 、 片隔套 ， 锤 以及 其 他一 些 标 准 件 （ 键 、 口销 、 如 开 圆
螺母 、 止推垫圈等） 组成。锤片式粉碎机转子不 同于一 般机械设备中常见 的内部无活动部件 的转子 ， 其执行 粉碎 的主 要部 件— —锤 片 ， 悬 挂 在 均 布 于转 子 锤 架 是 板 的销 轴上 的 ， 锤片 与销轴 的联 接方 式属 于 铰 接 ， 锤 各
统 有 限元 模 型 如 图 ２所 示 。整 个 模 型 共 有 节 点 １０ ５
个 ，Ｅ Ｍ１８梁单 元 １７个 ， Ｏ ＩＥ ４弹 簧单 元 １ ＢＡ ８ ３ Ｃ ＭＢＮ １ ２ 个 ， Ｓ２ 质量 单元 １ 。 ＭＡ Ｓ １ １个
收稿 日期 ：２０ ０ ０ ９— ４—１ ７
第一作者 王晓博 女 ， 硕士生 ，９４年生 １８
Ｃ ＭＢＮ１ 元 ， Ｏ Ｉ ４单 来分 别模 拟滚动轴 承在这 两个方 向的
１ 转子 一 轴承 系统有 限元模型及动力学分析
１ １ 锤 片式 粉碎机转 子 的基本 结构 ．
图 １为锤 片式粉碎 机转 子 的 Ｃ Ｄ模 型 。锤 片式粉 Ａ 碎机 的转 子 主 要 由 主 轴 、 架 板 、 位 套 筒 、 片 、 锤 定 锤 销