斗式提升機是一種用來垂直提升物料的設(shè)備，最近我們公司的工程師在進行其滾輪軸應(yīng)力的有限元計算為三維應(yīng)力問題。ANSYS軟件模擬分析的疲勞應(yīng)力為最大應(yīng)力對滾輪軸變形的影響。使用ANSYS軟件對滾輪軸進行實體建模，滾輪軸的有限元單元采用單元SOLID92，網(wǎng)格劃分采用ANSYS中自帶的自適應(yīng)網(wǎng)格劃分，得到軸的自由網(wǎng)格有限元模型，并按實際受力情況進行加載，得出滾輪軸危險截面的應(yīng)力等值線云圖。從應(yīng)力云圖可知，應(yīng)力最大的位置在滾輪軸軸端受約束部位。

    由ANSYS模擬滾輪軸變形時的動畫演示可知，由于受到交變應(yīng)力的反復作用，在斗式提升機的滾輪軸軸端臺階處產(chǎn)生周而復始的彎曲變形，通過ANSYS應(yīng)力云圖可知軸端過渡處存在應(yīng)力集中，疲勞裂紋源在此位置產(chǎn)生并擴展，最終導致軸端斷裂。另外，在軸端處加5 mm圓角后，雖然也有應(yīng)力集中，但明顯要比無圓角應(yīng)力值低。因此，控制疲勞裂紋源的產(chǎn)生是延長滾輪軸疲勞壽命的主要措施。通過提高零件表面質(zhì)量系數(shù)β，降低零件切應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)k，可以延緩疲勞裂紋源的起源時間，從而提高滾輪軸的疲勞壽命。

    斗式提升機軸承斷裂主要原因是由彎曲引起的疲勞斷裂。最高應(yīng)力集中區(qū)域正是滾輪軸產(chǎn)生裂紋和斷軸截面的區(qū)域，驗證了分析的正確性；通過ANSYS軟件的模擬計算，滾輪軸臺階處為5 mm圓角時為最佳，疲勞壽命提高了180 d；滾輪軸疲勞裂紋的根源是由應(yīng)力集中造成，滾輪軸的質(zhì)量和材料的內(nèi)部缺陷沒有達到標準要求是滾輪軸斷裂的內(nèi)在原因；通過熱處理消除或改善應(yīng)力集中以及提高材料和滾輪軸的質(zhì)量是提高其疲勞強度的關(guān)鍵。使用的材料一定要達到斗式提升機的設(shè)計要求的力學性能指標、金相組織、夾雜物級別標準。