基于workbench的新型大空心热管式磨辊应力应变及模态分析研究苑兵丰，武文斌，贾勉（河南工业大学粮油机械研究所，河南郑州450007）依靠经验确定的，为了确保安全使用，每只磨辊用材基本偏多。针对FMFQ10X2B型磨粉机的磨辊，在结构改进的基础上，应用有限元分析软件workbench进行分析，发现新型大空心结构在满足工作强度要求的同时，解决了用材偏多的问题，另外磨辊的散热能力也得到增强。所以新型大空心磨辊的应用可以在满足加工工艺的基础上，为企业节约材料，创造更大效益。
；快辊；受力分析；力矩；模态0刖言目前，大型磨粉机上使用的磨辊普遍是依靠生产经验加工的小空心磨辊，随着磨粉技术的发展，磨辊有向着大空心发展的趋势，因为大空心磨辊不仅节约原料，而且更有利于散热。日本明治机械生产的水冷式磨辊大部分是大空心结构，在曰本普遍使用。刘自然等，强度分析不考虑轴承处摩擦力矩，可得：辊通过定速传动作用于快辊的阻力矩，Nm；Mk为慢辊通过物料的摩擦力对快辊的阻力矩，Nm；Mkm为快辊通过定速传动作用于慢辊的主动力矩，N-m. 0.47.则式（1）中各值计算：5406.7N，其中4为V带轮直径。
械汇编标准，取Pd=30kW；为带速，=10.84m/s；Z为带根数Z=4；m为V带线质量；查机械传动设计1.4同步多锲带对快辊的作用力同步带轮的周向拉力：同步多锲带作用在轴上的压轴力相加修正系数；+，2=2心。
2快辊有限元静力分析根据以上计算结果，画出快辊受力简图如所示。
由于目前磨辊生产大多是采用离心浇铸，―根磨辊有3种不同材料，其中辊体外层为白口铁，内层是灰口铁，辊轴是45号钢，3种材料的力学属性如表1所示。
对不同成分辊体赋予不同的材料属性。并对赋予材料属性的磨辊划分单元网格，利用workbench划分的自由网格如所示，划分的网格数为67 517，节点数为140表1辊体材料属性材料名称弹性模量E/GPa泊松比M密度p/（kg.m-3）白口铁1260.307000灰口铁1570.27755045号钢2060.287在磨辊轴颈处施加约束，限制磨辊径向移动，如所示。
根据磨辊的受力情况，施加外力。其中，皮带轮和V带轮作用力等效为作用在轴上的力矩和压轴力。力加载完成后如所示。求解结果如和0所示。结果分析可得：（1）从可知，同步带压轴力较大，最大应力产生在和同步带轮配合的轴颈处，为了降低轴颈处应力可适当减小同步带压轴力或适当增加轴颈直径。
（2由可以看出，辊体应力很小，实际工作时不会发生应力过大而断裂的问题。
500N情况下，最大应力发生在轴端轴颈处，最大应力为am=106.83MPa.45号钢的屈服极限是Cd =355MPa，辊轴强度满足工作要求，安全系数为3.3，有较大的安全余量。
快辊最大位移发生在轴头处，最大位移为0.26093mm，辊体位移在0.218637~0.23678mm之间。新型磨辊的刚度和强度均满足生产要求。
3快辊有限元模态分析模态分析包括自由模态分析与施加约束的模态分析。自由模态分析不考虑任何约束的影响，得到的是结构本身的固有特性。通过自由模态的分析，可以对结构本身的尺寸、材料、振动情况等有―个大概的了解。自由模态分析般在真实情况下不会发生，文中不做分析。在不同的约束状态下，结构的固有频率和振动模态会发生改变，因此在施加约束之后的模态分析能够反映结构的真实振动情况，研究约束对模态的影响。文中分析磨辊的约束模态结果如1所示。
由1可以看出，磨辊一阶约束模态为刚体运动，此时磨辊的振动频率为零，在此运动状态下，磨辊各个部位的变形均匀一致。二阶约束模态下，整个辊体应力分布均匀，相对辊轴部位应力较大，这是由离心力造成的，此状态下，磨辊的振动频率为366.03Hz，远大于磨辊正常工作时的共振频率（10Hz）。三、四阶模态下，辊体应力最大在辊体中部，且相对变形较大。由于磨辊正常工作时很难达二阶之后的频率，对后面的振动频率研究已无意义，所以只列取一到四阶模态。1~10阶约束模态振动频率如2所示，可以看出磨辊工作时发生一阶共振的频率在366Hz附近，即转速366r/s，而磨辊正常的工作转速（10r/s）远低于此数值。所1约束模态分析结果Messages刘自然，李东梁，武文斌。根式磨粉机磨根的受力计算和强度分析。粮食与料工业，2009（12）：7-10.刘桦。磨粉机传动机构分析。机械工程师，顾尧臣。粮食加工设备工作原理、设计和应用。武汉：湖北科学技术出版社，1998.朱孝录。机械传动设计手册。北京：电子工业出版社，2007.阮竞兰，武文斌。粮食机械原理及应用技术。北京：中国轻工业出版社，2006.陆爽，孔明礼，丁金福，等。ANSYSWorkbench13.0有限元分析从入门到精通。北京：机械工业出版社，2012.刘义，陈国定，李济顺，等。辊磨机磨辊强度有限元仿真分析。矿山机械，2007（12）：100-102.陈志成。制粉师工程手册。北京：中国轻食品科技类SC丨来源期刊CR期刊分区情况（1区和2区期刊名分区3年平均IF注：CR期刊分区数据来自中国科学院情报中心世界科学前沿分析中心。