Page 97 - 《橡塑技术与装备》2025年3期

测试与分析
TEST AND ANALYSIS

图 1 SHJ-600 同向双螺杆挤出机传动系统原理图 图 3 网格划分

动箱的基本参数见表 1 所示。 输出端扭矩，而其余零部件所受的重力影响相对较小，
表 1 传动箱基本参数 因此在此处我们将其忽略不计。如图 4 所示，为输出
额定功率 / 输入转速 / 输出转速 / 输出轴间距
kW (r . min ） 总传动比 (r . min ） /mm 轴的载荷约束示意图。
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315 1 000 20 50 448
2 输出轴静力分析
在复杂的机械运作过程中，输出轴以其强大的推
动力，确保齿轮箱顺利完成各项任务。同时由于两螺
杆中心距较小，要求整个传动结构精度高。为了满足
这些需求，输出轴必须有足够强度和刚度，因此有必
图 4 载荷约束示意图
要对输出轴进行有限元静力分析，研究输出轴的的变
形及应力分布情况。 2.3 结果分析
2.1 建立有限元模型 图 5 为输出轴在约束和载荷条件下的变形云图。
根据双螺杆挤出机传动箱其高扭矩、同向、平行、 由图 5 可知，输出轴的总变形量总体处于一个比较低
带负载的特性，建模过程对输出轴进行一定的简化 [6] ， 的水平，最大变形量约为 0.002 5 mm，发生最大变形
简化后的箱体模型如图 2 所示。 量的位置在左轴承靠近轴肩的位置，说明在稳定工作
状态下时，载荷对轴系统的平稳运转影响较小。

图 2 输出轴模型

表 2 为输出轴材料特征表 [7] 。材料选用 40Cr。采 图 5 输出轴总变形云图
用四面体网格划分，划定后网格数量为 25 614，节点 由图 6 可知，输出轴的最大等效应力为 44.39
数量为 42 678，网格划分如图 3 所示。 MPa，查阅相关机械手册可知 [8] ，输出轴的最大应力
表 2 输出轴材料特征表 虽然比 40Cr 的屈服极限小许多，但应力集中在交变
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材料 密度 /(kg m ) 泊松比 弹性模量 /GPa
40Cr 7.810 3 0.28 211 作用下会导致轴的低周疲劳，甚至突然断裂。从分析
结果可知，输出轴所受的应力危险位置和轴实际断裂
2.2 施加载荷约束
部位一致，依据疲劳损伤理论，可以断定输出轴断裂
输出轴作为机械装置中的关键部件，承载着多种
失效的原因为疲劳破坏。由图 7 可知，最大等效应变
载荷，在这些载荷中，轴自身重力、轴承施加的载荷、

年
2025 第 51 卷 ·51·