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篩分機的減噪和隔振問題至今仍是困擾工程技術(shù)人員的難題之一。噪聲對人體的健康危害極大，據(jù)報道，當噪聲達到110 dB，聽力損害率高達55%。機械振動對建筑結(jié)構(gòu)的損傷和破壞也極其嚴重，樓板碎裂、梁柱破壞的現(xiàn)象時有所見。MK-Ⅱ型琴弦式篩分機是從國外引進的一種偏轉(zhuǎn)型半振動篩，它具有中等的振動強度和拋擲指數(shù)。這種篩具有如下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、造型簡單；處理物料能力強、效率高，2m2的篩面的處理能力達100～300 th；平衡性好，基礎(chǔ)承受動載荷小；振幅穩(wěn)定，噪音低。為滿足現(xiàn)場使用和維修該類篩分機的需要，也希望通過分析借鑒，開發(fā)低噪聲的新機型，筆者對MK-Ⅱ型篩分機進行了理論有限元分析和試驗研究。
篩分機的結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。篩箱4靠螺旋彈簧1和2支承，兩塊側(cè)板的中部安裝了一對軸承，曲軸的偏心軸頸10被緊配在該軸承的內(nèi)圈，偏心距為e。曲軸的主軸頸9通過軸承安裝在軸承座7上。電動機帶動皮帶輪13轉(zhuǎn)動，偏心軸頸驅(qū)使篩箱運動。為平衡篩箱運動的慣性力，在飛輪8上裝有配重11。確定支承彈簧的載荷是振動篩設(shè)計的重要問題之一，對此筆者先作靜力學分析。篩箱力學模型如圖所示。圖中，A0G和B0H分別表示支承彈簧1和2不受力、自由伸長時的位置，細實線繪制的矩形框Ⅰ表示的就是該彈簧具有自由長度a時篩箱的位置，而粗實線繪制的矩形框Ⅱ則表示靜平衡狀態(tài)下篩箱所處的位置。篩箱受到重力W、偏心軸q的約束力Fxj，F(xiàn)yj和彈簧支反力F1j，F(xiàn)2j的作用。彈簧1和2的剛度雖相同，但它們的軸線到篩箱質(zhì)心q的距離不同，因而，在重力作用下，兩彈簧的上端點分別從A0和B0點移到A和B點。篩箱底面與支承面GH不再保持平行，其夾角為θ0。過主軸承的中心o點作坐標軸x與支承面平行，y軸與之垂直，建立平衡方程。由于問題的超靜定性質(zhì)，需要分析變形。設(shè)彈簧1和彈簧2的彈簧常數(shù)分別為K1和K2，當篩箱處于靜平衡位置時，變形量分別為δ1j和δ2j。聯(lián)立平衡方程、幾何方程和物理方程求解，得出前、后彈簧靜反力。
通過對該篩的實測，得到篩箱對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量J，并發(fā)現(xiàn)了該篩結(jié)構(gòu)上的兩個特點：
(1)偏心軸通過篩箱質(zhì)心，因此，質(zhì)心的運動與偏心軸中心的運動完全相同；
(2)左右2組彈簧到篩箱軸承孔的距離不同，篩箱上的各點除了隨質(zhì)心作半徑為2.5 mm的圓運動外，還繞質(zhì)心作微幅角振動。根據(jù)它的結(jié)構(gòu)和受力的對稱性，可知篩箱在xoy坐標面內(nèi)作平面運動。由于篩箱在平面內(nèi)的剛度很大，在研究其運動規(guī)律時，可將篩箱視為剛體。取質(zhì)心的位移分量x，y和篩箱繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)角θ為廣義坐標，令靜平衡位置各坐標為零，可列出篩箱的振動微分方程。篩箱振動時，已具有靜撓度的彈簧將產(chǎn)生附加變形。相應于此附加變形，設(shè)F1f和F2f為2個支承彈簧的附加動反力，求解得。
可見，彈簧和偏心軸的附加動反力都是正弦型的交變載荷。將該篩的實際結(jié)構(gòu)參數(shù)代入各式得出的計算結(jié)果表明：篩箱角振動振幅和彈簧附加動反力的數(shù)值很小，但偏心軸承動反力卻很大，達到幾萬牛頓。把靜力學公式與附加動反力公式疊加，得到總的動力反應以及彈簧全反力和偏心軸承全反力的具體數(shù)值。篩箱角振動的振幅與(K1r1-K2r2)成正比，而MK-Ⅱ型篩的這個值不大。實測得到的篩主軸轉(zhuǎn)速為1 080r min(113 rad/s)，篩箱角振動固有頻率為12.6rad/s，兩者相差很遠，因此強迫振動的振幅也不大。篩箱的動反力通過彈簧、主軸的軸承座傳遞到固定篩架。
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