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[摘 要]通过在ANSYS Workbench软件中对矿用螺旋输送搅拌机搅拌轴进行静力学仿真分析，得到搅拌轴的应力和位移分布云图，为螺旋搅拌轴的优化提供了理论依据.
[关键词]螺旋输送搅拌机；搅拌轴；ANSYS Workbench；仿真
中图分类号：TD71 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0382-01
引言
矿用螺旋输送搅拌机利用螺旋叶片与物料之间產生的相对运动进行物料的输送。它不仅可以满足长距离输送物料的要求，还可以完成对物料的混合、搅拌等工作。搅拌轴作为矿用螺旋输送搅拌机的主要工作部件，由螺旋叶片和轴体焊接而成。在工作过程中，其承受多种形式载荷，受力情况复杂，采用经典力学方法对其进行强度、刚度分析时准确度不高。利用有限元分析方法可以方便地计算出搅拌轴的应力和位移及其分布，并将其作为改进搅拌轴设计的依据，使其结构趋于合理，为搅拌轴的改进提供了理论依据。
1 矿用螺旋输送搅拌机组成及工作原理
矿用螺旋输送搅拌机的结构如图1 所示，它由电机1、联轴器2、减速机3、；螺旋输送搅拌装置等组成，其中螺旋输送搅拌装置包括进料口5、螺旋轴6、螺旋叶片7、料槽9出料口10。螺旋轴和螺旋叶片焊接起来就是本文研究的螺旋搅拌轴。工作时，电机通过联轴器与减速机连接并带动螺旋输送搅拌装置进行旋转。当螺旋叶片旋转时，物料的自重和搅拌轴对物料的摩擦阻止其与螺旋叶片一起旋转，二者之间的相对运动促使物料沿螺旋轴轴向移动，并推动料槽中的物料移动，完成物料的搅拌与输送。
2 螺旋搅拌轴模型建立及载荷施加
螺旋搅拌轴的作用是把物料从进料口输送到出料口，其前端通过短轴与联轴器连接，并承受电机通过减速传递过来的扭矩，后端与后端短轴连接。由于其受到前端短轴传递给它的扭矩，以及自身的重量和较长的跨度，使得其变形较大。按照实际工作要求，工作时螺旋轴最大弯曲挠度不能超过6.5 mm（螺旋叶片与无缝钢管管壁的间距）由于螺旋搅拌轴形状比较复杂，在Pro/E中完成建模后，并导入ANSYS Workbench软件中，将模型中的材料属性进行定义，如表1所示。利用ANSYS Workbench中提供的自由网格划分方法对螺旋搅拌轴进行网格划分，螺旋搅拌轴网格划分如图2所示，共生成单元数40204、节点数82341。
将螺旋搅拌轴受到的两端轴承的支撑力、本身螺旋搅拌轴的重力及电机的扭转力矩施加到搅拌轴模型上，得到载荷与约束如图3所示。
3 螺旋搅拌轴的静力特性分析
施加边界约束和受力条件后，运用ANSYS Workbench对建立的螺旋搅拌轴模型进行求解，得到其等效应力和位移云图，并对其的应力和变形规律进行分析。
（1）应力分析
图4为螺旋搅拌轴应力分布云图。由图可知，螺旋搅拌轴两端和搅拌轴中间所受应力较大，这是由于在工作过程中搅拌轴主要受扭矩和弯矩的作用；最大应力位置出现在螺旋叶片顶端与搅拌轴连接处，其最大应力为113.931 MPa，远小于材料的屈服极限235 MPa，因此满足设计要求。
（2）变形分析
图5为螺旋搅拌轴的位移分布云图。由图可知，搅拌轴两端和中间的位置变形比较明显，最大变形量为0.98 mm，与螺旋搅拌轴总长1878 mm相比，变形量很小，因此变形对螺旋搅拌轴工作性能的影响可以忽略。
4 结论
在Proe/E中建立了螺旋搅拌轴的几何模型，运用ANSYS Workbench软件对螺旋机搅拌轴进行静力学分析，得到搅拌轴的应力分布云图和位移分布云图，通过分析得出了搅拌轴应力和位移情况以及最大应力和最大位移出现的位置。所得最大应力值和最大位移值都在允许范围内。分析结果表明搅拌轴结构设计合理，并为搅拌轴结构的进一步改进提供了依据。
参考文献
[1] 浦广益.ANSYS WORKBENCH 12基础教程与实例详解[M].北京：中国水利水电出版社，2010.
[2] 胡弄屯.螺旋输送机的原理与设计[J].南昌大学学报，2000 （4）： 30 -33.
[3] 孔令德，季新培.螺旋输送机螺旋体挠度有限元分析[ J].江苏理工大学学报， 1996 （9）：1 -9.
[4] 徐三民等.煤电钻用螺旋钻杆合理螺旋升角的探讨[J].煤炭工程师，1995（5）：40-43.
[5] 胡弄屯.螺旋输送机的原理与设计[J].南昌大学学报， 2000 （4）： 30 -33.
作者简介
蒋奉亮（1981-），男，山东省枣庄市人，助理工程师，2001年毕业于枣庄工业学校，现从事煤矿机械技术管理工作。
[关键词]螺旋输送搅拌机；搅拌轴；ANSYS Workbench；仿真
中图分类号：TD71 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0382-01
引言
矿用螺旋输送搅拌机利用螺旋叶片与物料之间產生的相对运动进行物料的输送。它不仅可以满足长距离输送物料的要求，还可以完成对物料的混合、搅拌等工作。搅拌轴作为矿用螺旋输送搅拌机的主要工作部件，由螺旋叶片和轴体焊接而成。在工作过程中，其承受多种形式载荷，受力情况复杂，采用经典力学方法对其进行强度、刚度分析时准确度不高。利用有限元分析方法可以方便地计算出搅拌轴的应力和位移及其分布，并将其作为改进搅拌轴设计的依据，使其结构趋于合理，为搅拌轴的改进提供了理论依据。
1 矿用螺旋输送搅拌机组成及工作原理
矿用螺旋输送搅拌机的结构如图1 所示，它由电机1、联轴器2、减速机3、；螺旋输送搅拌装置等组成，其中螺旋输送搅拌装置包括进料口5、螺旋轴6、螺旋叶片7、料槽9出料口10。螺旋轴和螺旋叶片焊接起来就是本文研究的螺旋搅拌轴。工作时，电机通过联轴器与减速机连接并带动螺旋输送搅拌装置进行旋转。当螺旋叶片旋转时，物料的自重和搅拌轴对物料的摩擦阻止其与螺旋叶片一起旋转，二者之间的相对运动促使物料沿螺旋轴轴向移动，并推动料槽中的物料移动，完成物料的搅拌与输送。
2 螺旋搅拌轴模型建立及载荷施加
螺旋搅拌轴的作用是把物料从进料口输送到出料口，其前端通过短轴与联轴器连接，并承受电机通过减速传递过来的扭矩，后端与后端短轴连接。由于其受到前端短轴传递给它的扭矩，以及自身的重量和较长的跨度，使得其变形较大。按照实际工作要求，工作时螺旋轴最大弯曲挠度不能超过6.5 mm（螺旋叶片与无缝钢管管壁的间距）由于螺旋搅拌轴形状比较复杂，在Pro/E中完成建模后，并导入ANSYS Workbench软件中，将模型中的材料属性进行定义，如表1所示。利用ANSYS Workbench中提供的自由网格划分方法对螺旋搅拌轴进行网格划分，螺旋搅拌轴网格划分如图2所示，共生成单元数40204、节点数82341。
将螺旋搅拌轴受到的两端轴承的支撑力、本身螺旋搅拌轴的重力及电机的扭转力矩施加到搅拌轴模型上，得到载荷与约束如图3所示。
3 螺旋搅拌轴的静力特性分析
施加边界约束和受力条件后，运用ANSYS Workbench对建立的螺旋搅拌轴模型进行求解，得到其等效应力和位移云图，并对其的应力和变形规律进行分析。
（1）应力分析
图4为螺旋搅拌轴应力分布云图。由图可知，螺旋搅拌轴两端和搅拌轴中间所受应力较大，这是由于在工作过程中搅拌轴主要受扭矩和弯矩的作用；最大应力位置出现在螺旋叶片顶端与搅拌轴连接处，其最大应力为113.931 MPa，远小于材料的屈服极限235 MPa，因此满足设计要求。
（2）变形分析
图5为螺旋搅拌轴的位移分布云图。由图可知，搅拌轴两端和中间的位置变形比较明显，最大变形量为0.98 mm，与螺旋搅拌轴总长1878 mm相比，变形量很小，因此变形对螺旋搅拌轴工作性能的影响可以忽略。
4 结论
在Proe/E中建立了螺旋搅拌轴的几何模型，运用ANSYS Workbench软件对螺旋机搅拌轴进行静力学分析，得到搅拌轴的应力分布云图和位移分布云图，通过分析得出了搅拌轴应力和位移情况以及最大应力和最大位移出现的位置。所得最大应力值和最大位移值都在允许范围内。分析结果表明搅拌轴结构设计合理，并为搅拌轴结构的进一步改进提供了依据。
参考文献
[1] 浦广益.ANSYS WORKBENCH 12基础教程与实例详解[M].北京：中国水利水电出版社，2010.
[2] 胡弄屯.螺旋输送机的原理与设计[J].南昌大学学报，2000 （4）： 30 -33.
[3] 孔令德，季新培.螺旋输送机螺旋体挠度有限元分析[ J].江苏理工大学学报， 1996 （9）：1 -9.
[4] 徐三民等.煤电钻用螺旋钻杆合理螺旋升角的探讨[J].煤炭工程师，1995（5）：40-43.
[5] 胡弄屯.螺旋输送机的原理与设计[J].南昌大学学报， 2000 （4）： 30 -33.
作者简介
蒋奉亮（1981-），男，山东省枣庄市人，助理工程师，2001年毕业于枣庄工业学校，现从事煤矿机械技术管理工作。