Page 106 - 《橡塑技术与装备》2025年4期
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橡塑技术与装备
HINA R&P TECHNOLOGY AND EQUIPMENT
件正常运行，达到整个系统的平衡、减振、降噪。针 束，限制箱体上下移动。
对本文描述的高扭矩同向双螺杆挤出机，由于其箱体 2.3 求解及结果分析
要求能够承受较大的动载和冲击力，同时要保证其结 当完成上述步骤后，进行求解。由于静力分析属
构紧凑紧密，具备一定的强度和刚度，因此有必要对 于线性分析，所以只需一次迭代，即可得出结果。箱
箱体进行有限元静力分析，研究箱体的受力分布情况。 体静力分析结果，如图 5、6、7 所示。
2.1 建立有限元模型 由图 5 箱体的总变形云图可知，箱体的总变形量
根据双螺杆挤出机齿轮箱其高扭矩、同向、平双、 总体处于一个比较低的水平，最大变形量为 0.083 2
带负载的特性，将齿轮箱箱体考虑为一个整体进行静 mm，说明箱体在稳定工作状态下时，载荷对传动系
力学分析，以便于后期添加边界约束条件 [7] 。 统的平稳运转影响较小 ；主要变形发生在箱体输出轴
建模过程对齿轮箱整体进行一定的简化 [8] ，简化 端的轴承孔 4、10 和 12 处，这是因为在箱体内部这
后的箱体模型如图 3 所示。 块轴承座上布置有 3 个轴承孔，在承受来自轴承 4、6、
7、10、12 的载荷的同时还受到两输出轴较大的轴向
力，是箱体主要的受力部位之一，对箱体的变形产生
较大的影响 ；由图 6、图 7 可知，箱体最大等效应力
为 22.61 MPa，最大等效应变为 0.000 13 mm，应力
应变主要集中在下箱体内部靠近输出轴端的轴承安装
处与支撑箱体内部轴承座的筋板上，最大应力出现在
箱体内部轴向的筋板上。
综上所述，SHJ-600 同向双螺杆挤出机齿轮箱的
箱体变形、应力应变情况总体处于一个较低的水平。
QT400 的屈服强度极限为 240 MPa，箱体应力最大值
图 3 箱体模型 为 22.61 MPa，远远低于箱体材料的屈服强度极限值。
由图 5、图 6 中可看出，箱体输出轴端的轴承座底部
表 5 为箱体材料特征表 [9] 。采用四面体网格划分，
和下箱体内部轴向的筋板有应力集中，可通过适当增
划定后网格数量为 83 896，节点数量为 147 152 网格
大下箱体壁厚尺寸、增大箱体内轴向筋板厚度，增加
划分如图 4 所示。
箱体内部轴承座的厚度或在其上方加设筋板等措施来
表 5 箱体材料特征表
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材料 密度 /(kg . m ） 泊松比 弹性模量 /MPa 改善箱体的应力应变集中情况。
QT400 7.01×10 3 0.274 1.6×10 5
3 传动箱模态分析
在实际的生产活动中由于动设备自身机械振动导
致机械故障和安全生产事故的案例时有发生。挤出机
作为一种典型的动设备，齿轮轴的高速转动容易产生
较高的激励频率，尤其针对本文提出的高扭矩、高转
速挤出机设计，箱体结构的合理布局显得尤为重要 [11] 。
图 4 箱体网格划分 3.1 模态分析步骤简介
本文采用分块法对箱体进行模态分析 [12] 。
2.2 施加载荷约束
3.2 模态结果与分析
箱体所受的载荷主要为齿轮和轴自身的重力及齿
模态分析中随着阶数的提高，计算结果的误差愈
轮啮合产生的传动力，有圆周力、轴向力以及径向力，
这些力通过轴承传递给箱体轴承座处 [10] 。忽略其余零 大，对实际设计研究的参考性降低，另外模态分析中
低阶频率对振动响应的影响较大。结合齿轮箱实际工
部件所受的重力影响。根据表 4 中各轴承座处箱体所
作状况的考虑，根据有可能产生的激振频率，仅提取
受的载荷数值添加在模型相应位置，底部采用固定约
箱体前 6 阶模态进行查看，箱体前六阶固有频率值及
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