Разработанный центробежный помольно-смесительный агрегат (ЦПСА), основу конструкции которого составляет кривошипно-ползунный механизм [1], предназначен для тонкого измельчения различных материалов, а также для механоактивации различных гетерогенных смесей.

Конструкция ЦПСА позволяет обеспечить различные траектории движения цилиндрических рабочих камер, закрепленных на раме, выполняющей роль шатуна. Подвижная рама шарнирно связана с валом кривошипа и ползуном.

Подвижная рама является составной частью конструкции центробежного помольно-смесительного агрегата и испытывает воздействие как статических, так и динамических нагрузок, вызываемых силами тяжести конструкции и загрузки, центробежными силами. Кроме того, рама испытывает также удар­но-вибрационные воздействия. Основную нагрузку принимает на себя элементы конструкции нижних шарниров. Подвижная рама представляет собой сварную конструкцию из швеллеров № 8, 10 (ГОСТ 8240-72). Для обеспечения надежной эксплуатации рамы необходимо, чтобы максимальные деформации и напряжения, возникающие в ней под воздействием внешних сил, не превышали допустимого значения.

На раму действуют три вида нагрузок:

1) сила тяжести рамы G;

2) силы инерции F_ин;

3) распределенная нагрузка от мелющих тел и материала q_м.т., q_м.

Согласно данным, полученным в результате анализа модели подвижной рамы с камерами помола в модуле Modeling системы Unigraphics, масса рамы составляет m = 80 кг.

Загрузка состоит из стальных шаров и материала, и в статическом положении представляет собой сегмент.

Масса шаро-материальной загрузки в одной помольной камере составляет 17,5 кг.

На основании кинематического анализа для положения механизма, в котором нагрузка в шарнирах является максимальной, определены ускорения точек центров масс камер помола при угловой скорости кривошипа рад/с.

Определены инерционные нагрузки, действующие на элементы рамы (рис.1):

сила инерции, приложенная в точке С, равна Р_с = 583,5 Н

сила инерции, приложенная в точке К, равна Р_к = 765,6 Н

сила инерции, приложенная в точке В, равна: Р_в = 858,2 Н

В промышленности строительных материалов оптимальным для несущих конструкций и деталей машин является использование сталей. Чтобы обеспечить достаточную прочность и надежность мельницы, в качестве материала для рамы выбрана сталь Ст 3 ГОСТ 380–94, для которой допускаемые напряжения при кручении и переменной нагрузке составляют [] = 65 МПа.

На основании вышеизложенного составим расчетную схему для определения максимальных перемещений и напряжений, возникающих в раме под действием внешних сил (рис. 1).

Рис. 1. Схема приложения нагрузок к раме

Расчет производится в CAE-модуле системы Unigraphics – Structure. В системе Unigraphics предусмотрены специальные средства, позволяющие построить сетку конечных элементов на основе существующей геометрии.

Самые точные результаты дает применение сетки тетраэдральных элементов.

Сетки были соединены при помощи опции «Сопряжение сеток» для расчёта рамы в целом. Все выполненные построения ассоциативно связаны с моделью рамы, а потому при изменении параметров детали меняются автоматически.