锤式破碎机主轴系统的优化设计

主轴是锤式破碎机的核心部件之一，锤式破碎机主轴主要包含主轴、隔板、锤轴和破碎锤等部件。正因为主轴是锤式破碎机核心部件，其是否稳定对锤式破碎机的破碎效率影响重大，所以，很多厂家都会重点设计主轴系统，将其优化设计到合理，以利于锤式破碎机更好的工作。

一、主轴系统的参数优化

主轴系统的锤头质量、主轴转速、锤击半径对锤头破碎力、振动等有较大影响。锤头破碎力主要取决于锤头提供的冲击能，冲击能越大，破碎效果越好。主轴系统的振动特性也是一项重要的评价指标，主要体现在主轴系统的低阶固有频率，固有频率主要由主轴系统的隔板半径、主轴半径等结构参数决定。

破碎锤与主轴辊在反复的碰撞过程中受到不断变化的交变应力，为了提高主轴系统的强度与使用寿命，要尽量减小各零部件所受的应力，即应保证破碎锤的较大应力不超过材料强度极限，且主轴辊的较大动应力与变形不超过极限值。

确定了优化模型之后，采用离散变量型正交网格法来进行主轴系统的优化，离散变量型正交网格法是一种常用的离散变量寻优方法。在优化过程中，将选定的设计变量定义为因素，按照设计需求为设计变量确定若干个取值，每个取值对应一个水平，列出设计因素水平表。

之后，根据优化需求及精度选定合适的正交表，并利用正交表均匀选取网格法中有代表性的网格点作为计算点，按正交试验直观分析法求得新的寻优方向及迭代点。这样，就将离散变量的优化问题转化为方案的优选问题，将优化目标作为评价指标，利用上述提出的评价方法即可选出综合性能较好的计算点，即实现了主轴系统的优化问题。

二、主轴系统的结构优化

1、首先针对安装胀套的过渡截面，分析后发现胀套是依靠两边的挡圈定位的，没有与过渡截面直接接触，此处的圆角可以尽可能大一些，所以将此处圆角增大为10mm；另外对于安装轴承定位环的轴台，在加工时未设圆角，但经分析发现轴承定位环只与轴台部分接触，在不影响装配的情况下，可以在台阶处留R=3mm的圆角，以防止轴台处发生崩裂。

2、对皮带轮与主轴连接方式进行优化。采用轴承盖与定位环的结构固定皮带轮，不但可以减少在轴上开槽造成的强度损失，而且还方便拆卸。

3、将主轴中间主体部位的轴径由原来的220mm缩小为210mm。对优化后的主轴进行二次分析，发现原危险点位置较大应力由90MPa降低到68MPa，其他部位应力也更为均匀，应力集中系数降低为1.2。另外，减小主体部位的轴径并未影响主轴危险截面的位置，并且其刚度依然符合工作需求。经分析可知优化过后主轴力集中现象得到明显改善，提高了主轴的疲劳强度；另外在静强度与刚度符合要求的条件下，主轴质量减少8%，节约了材料，并且降低了加工难度。

主轴系统直接影响着锤式破碎机的工作性能，通过对主轴系统的参数和结构优化，从而提高主轴的综合性能，延长了使用寿命，节约了成本，另外，为锤式破碎机性能的进一步优化奠定了重要的基础。