1、動顎體受力分析

    顎式破碎機的動顎體是破碎機中重量較大的零件 ，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。主要由動顎齒板座和邊板等零件焊接組成 ，承受了破碎機工作時由推力板和物料產(chǎn)生的強大擠壓力 ，受力情況較為復(fù)雜。動顎體在運行中主要承受物料對齒板座的破碎力F，肘板對齒板座的支撐力 T1和偏心軸體對邊板的支撐力 T2。其中破碎力 F根據(jù)經(jīng)驗公式獲得 ，為 8694kN[3 - 4 ]。由力的平衡原理較容易求出 T1和 T2。

2、動顎體有限元分析

    對動顎體進行有限元分析時 ，考慮到模型的結(jié)構(gòu)和受力對稱分布 ，取一半進行分析 ，以減少計算量。對于動顎體 ，其彈性模量可取 200GPa，泊松比為 0128，選擇單元為 Solid 92，建立好有限元模型后 ，根據(jù)動顎體的受力圖施加載荷和約束 ，獲得的動顎體的應(yīng)力。動顎體所受到的最大應(yīng)力為 150143MPa，位置在齒板座的下端橫梁。觀察動顎體上的其他部分 ，發(fā)覺應(yīng)力分布較不均勻 ，小應(yīng)力區(qū)域較多 ，通過對動顎體進行結(jié)構(gòu)強度均勻化設(shè)計 ，在保證動顎體的結(jié)構(gòu)強度和剛度的前提下 ，使材料能夠盡可能地利用 ，結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理。

3、動顎體均勻化設(shè)計

   一個理想的結(jié)構(gòu) ，其每一部分的應(yīng)力應(yīng)該接近于相同的安全水平 ，這個概念進一步推導(dǎo)得到基于應(yīng)力均勻分布的優(yōu)化準則 ，使得優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)應(yīng)力變得更均勻。對于動顎體模型 ，由于受裝配條件的限制 ，邊板改動余地很小 ，同時動顎齒板座結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜 ，質(zhì)量最大 ，修改余地很大 ，故對動顎體的均勻化設(shè)計主要集中在動顎齒板座均勻化設(shè)計上。動顎齒板座結(jié)構(gòu)最好是應(yīng)在相同載荷條件下 ，使得結(jié)構(gòu)上每一點的受力狀況相近。這樣就可以在固定載荷條件下 ，以齒板座上面應(yīng)力的均勻度最小作為評價標準來建立優(yōu)化模型 ，進行優(yōu)化設(shè)計。

   對于動顎齒板座 ，在長期的交變載荷作用下 ，往往容易在齒板座某一處發(fā)生疲勞破壞。因此 ，可根據(jù)齒板座疲勞極限與齒板座上面的應(yīng)力通過某種換算關(guān)系獲得的值 ，即均勻度來定義目標函數(shù)。

3.1確定目標函數(shù)

在齒板座結(jié)構(gòu)中 ，為了使齒板座上面的應(yīng)力分布更為合理 ，有更好的應(yīng)力分布狀況 ，以齒板座上面應(yīng)力的均勻度 k作為優(yōu)化目標 ，如果這些計算點的均勻度最小 ，則說明結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力分布最為均勻。

3.2確定設(shè)計變量和狀態(tài)變量

   通過前面對動顎體進行的有限元分析所獲得的等效應(yīng)力云圖可以看出 ，齒板座的板厚和筋板處受力較小 ，大多數(shù)地方的最大應(yīng)力遠遠小于齒板座的屈服載荷。從其結(jié)構(gòu)圖上看 ，齒板座承載板板厚和支撐它的筋板板厚有較大的改善余地 ，擬從這些地方的尺寸入手 ，進行優(yōu)化。

   經(jīng)過參數(shù)化優(yōu)化后的動顎齒板座盡管最大應(yīng)力低于許用應(yīng)力 ，富裕應(yīng)力減少 ，然而削弱了結(jié)構(gòu)的強度 ，同時觀察其結(jié)構(gòu)形狀 ，仍然有較大的改動空間 ，通過評估分析對齒板座進行進一步的修改 ，使齒板座的結(jié)構(gòu)要求更加完善。另外 ，表 1中的優(yōu)化值是理論計算值 ，必須圓整到板材厚度的實際尺寸。齒板座的結(jié)構(gòu)做相應(yīng)的修改。 

(1)由于齒板座的承載板板厚由 60mm變?yōu)?nbsp;35mm，同時連接肘板處的筋板受力較小 ，擬將該處的筋板厚度也改為35mm。 
(2)由于最下端的橫向筋板中部出現(xiàn)應(yīng)力集中 ，決定在該處加一塊蓋板 ，板厚為 30mm，以使該處的應(yīng)力均勻化 ，同時該處的筋板厚度不變 ，仍為60mm。 
(3)為了更有利于加工 ，將縱向筋板的厚度由 60mm改為 30mm。 
(4)縱向筋板距齒板邊的距離由 390mm變?yōu)?nbsp;405mm。

4、結(jié)論

    運用有限元分析軟件 ANSYS對動顎體進行了結(jié)構(gòu)強度均勻化優(yōu)化設(shè)計 ，優(yōu)化前后動顎體在質(zhì)量、最大應(yīng)力和應(yīng)力均勻度分別為 662012和 575716kg、150143和 125147MPa、 01524和 01293。經(jīng)過一系列的分析和評估 ，再對優(yōu)化后的模型進行適當(dāng)?shù)男薷?。修改后的模?nbsp;，應(yīng)力分布更為均勻 ，且結(jié)構(gòu)強度和抗疲勞能力有所增強 ，達到了齒板座結(jié)構(gòu)強度均勻化優(yōu)化的目的。