基于COSMOSWorks的膨化机螺杆有限元静态分析

    COSMOS是SRAC公司推出的一套功能强大的有限元分析软件．COSMOSWorks是COSMOS的一个非常重要的模块。可进行静力、频率、热等分析和设计优化，可以实现和的无缝集成实现几何建模和有限元分析的集成．

    在饲料加工领域中挤压膨化是一种非常重要的加工手段．螺杆是挤压膨化机的关键部件，由于长期在高温高压条件下工作，对其可靠性要求较高．螺杆的几何结构较为复杂。采用反复试验和修正的方法来设计其几何结构无法满足现代化生产工艺的要求．为此笔者利用COSMOSWorks软件对复杂结构的变螺距螺杆进行三维应力分析．

    1有限元计算模型

    1．1模型和材料

    在Solidworks中通过拉伸、螺旋、扫描等操作建立螺杆的几何模型如图l所示．材料选用合金钢。其主要参数和性能为：弹性模量210 GPa；泊松比0．28；屈服强度220 MPa．

    1．2网格划分

    由于螺旋杆螺纹处结构复杂，为了保证计算的精确度。网格化时网格选项除了普通的要求外，还要加"光滑表面"和"为实体激活自动成环"选项．网格划分后的结果如图2所示．

    择"固定"，约束平面选定螺杆右端面．尽管螺杆与物料接触的各个表面上都受到载荷的作用．包括法向压力和切向摩擦力等．但在理论分析中可简化为螺杆在推进物料的过程中承压面受力大非压面受力小，加载时在承压面加上相当于2个表面压力差的压力．螺杆承压面如图3所示．

    1．3截荷及边界条件

    螺杆工作时螺杆在与驱动轴配合联接处受到径向约束，止推轴肩处受到轴向约束，即螺杆的右端面X．Y，Z方向的位移约束均为O．所以约束类型选   

    分布大概按层分布。从齿顶到齿根应力逐渐增大，在螺槽与螺棱的交界处应力达到最大值．此外越靠近螺杆末端应力越大，每经过螺棱顶部都有压力降，在螺棱两侧附近区域轴向应力有明显变化，说明应力主要沿螺槽方向而不是在轴向．

    因此，为保证结构安全，在进行结构设计时应尽量减小开孔直径，在加工制造时应在螺槽与螺棱交界处进行适当圆滑过度和倒角处理，以有效降低应力集中。