基于ANSYS的单绳矿井提升机主轴静强度与疲劳分析

张诗健， 李卫民

（辽宁工业大学 机械工程与自动化学院，辽宁 锦州 121001）

0 引 言

主轴是单绳矿井提升机重要的承载和传动部件，其设计的好坏对矿井提升机的安全运转和使用寿命都有着直接影响。由于单绳矿井提升机主轴的工况较多且受力复杂等特点，在传统的手工强度、刚度校核中总存在精度差、验算周期长等问题。本文采用ANSYS分析软件可准确快速完成地主轴校核工作，结合疲劳分析Fatigue模块计算主轴的疲劳寿命，为主轴的结构强度及疲劳评估提供依据。

1 主轴有限元模型的建立

由于ANSYS软件的造型能力较弱，且不适合快速生成圆角等特征，本文采用SolidWorks完成主轴的建立。单绳矿井提升机主轴呈典型阶梯分布，且通过切向键将扭矩传递给卷筒。主轴三维实体如图1所示。完成实体创建后，将零件图保存为.x_t格式并导入ANSYS软件［1］。

图1 主轴三维实体

2 主轴有限元分析的前处理

2.1 选择单元类型及定义材料属性

本文采用具有20个节点的Solid95单元，此单元能够容许不规则形状，不会降低精确性，且具有塑性、大变形及大应变的能力。主轴选材为45钢，弹性模量为200 GPa，泊松比为0.3，密度为7.85 g/cm3，屈服极限为355 MPa。

2.2 划分网格及施加约束

由于主轴模型具有圆角、切向键等特征，本文采用自由网格划分。同时通过调整单元尺寸提高自由分网精度低的问题。主轴的有限元网格划分如图2所示，其共计108 615个单元，157 280个节点。

图2 主轴的有限元网格划分

主轴两端采用调心滚子轴承支撑。根据实际工作情况分析，将游动卷筒端施加径向、轴向移动约束，固定卷筒端只施加径向移动约束。……