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立式辊磨机磨盘的动态分析与优化

作　者: 梅逢意
导　师: 付群峰
学　校: 江西理工大学
专　业: 机械工程
关键词: 立磨 磨盘 动态分析 优化设计
分类号: TG580
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


立式辊磨机是现在应用比较广泛的大型研磨设备，与其他研磨设备相比具有结构紧凑、投资费用低、生产效率高、操作简单、维修方便、产品质量稳定、节能环保等优点。由于立式辊磨机是利用料床原理进行粉磨，这就避免了磨盘与磨辊之间的撞击与磨损，其最明显的优点就是粉磨效率高、产生的噪音很小及电量消耗较低。本文在介绍立式辊磨机的结构组成及工作原理的基础上，重点研究立式辊磨机在工作过程中，其主要工作零部件所承受粉磨物料过程中的动载荷、冲击载荷及循环载荷等作用。根据传统的分析方法，若只对立式辊磨机进行静态分析是远远不能满足立式辊磨机的设计要求的，因此，在设计时不仅要考虑其结构、材料选择以及强度、刚度等性能，并且需要对其进行必要的动力学分析。由于磨盘作为立式辊磨机的主要粉磨零部件，需要考虑的因素比较多。所以，本文主要对立式辊磨机的磨盘进行比较全面的有限元分析。首先，对磨盘的关键部位结构进行合理的简化，根据磨盘的相关尺寸和实际图纸，运用Pro/E软件建立磨盘的三维实体模型。其次，将模型导入Ansys Workbench软件中划分六面体网格、合理地添加边界条件进行强度分析和疲劳寿命分析，可以得到磨盘的应力云图、位移云图和疲劳敏感性特性曲线、雨流阵列及损伤矩阵等，从而验证磨盘设计的是否安全合理。最后，对磨盘的有限元模型进行动态特性分析。模态分析可以得到磨盘在自由和约束状态下的振型和固有频率；在此基础上进行的谐响应分析，得到磨盘在工作过程中可能发生共振的频率范围及其它的动态特性。最后对磨盘进行优化设计，主要运用Ansys Workbench优化模块中的目标驱动优化方法对磨盘进行优化分析。先对磨盘进行拓扑优化，确定可能需要优化的区域，根据磨盘在拓扑优化中磨盘重量减少的趋势确定磨盘需要优化的尺寸，即得出做尺寸优化时需要的输入参数，再对磨盘进行尺寸优化，以磨盘的重量为目标函数，在尽可能保持磨盘等效应力和位移的变化量不大的情况下尽量减少磨盘的重量，使磨盘的结构达到最佳，同时通过磨盘的优化是其材料得到了节约，降低了磨盘的制造成本。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-18
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题研究的意义与目的  8-9
  1.3 国内外立磨的发展状况  9-12
    1.3.1 立磨在国外的发展状况  9-10
    1.3.2 立磨在国内的发展状况  10-12
  1.4 各种磨机的基本介绍  12-17
    1.4.1 球磨机的基本介绍  12-13
    1.4.2 辊压机的基本介绍  13
    1.4.3 立磨的结构组成、工作原理及常见类型  13-17
  1.5 课题主要研究的内容与关键问题  17
  1.6 本章小结  17-18
第二章 磨盘的有限元强度及疲劳分析  18-30
  2.1 立式辊磨机研究思路  18-19
    2.1.1 立式辊磨机技术优势  18
    2.1.2 分析研究思路  18-19
  2.2 磨盘的有限元计算流程  19-20
  2.3 磨盘的有限元分析  20-25
    2.3.1 磨盘的模型简化  20
    2.3.2 模型的建立  20-21
    2.3.3 模型的网格划分  21-22
    2.3.4 磨盘材料参数及其边界条件的确定  22-24
    2.3.5 磨盘分析结果  24-25
  2.4 磨盘的疲劳强度分析  25-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章 磨盘的动态特性分析  30-40
  3.1 动力学分析  30-31
  3.2 模态分析的简介  31
  3.3 磨盘的自由模态分析结果  31-34
  3.4 磨盘的约束模态分析结果  34-37
  3.5 谐响应分析  37-39
  3.6 本章小结  39-40
第四章 磨盘的优化设计  40-53
  4.1 结构优化简介  40
  4.2 磨盘的拓扑优化  40-44
    4.2.1 磨盘拓扑优化的主要步骤  41-42
    4.2.2 查看分析结果  42-44
  4.3 磨盘的尺寸优化  44-51
    4.3.1 磨盘尺寸优化的基本流程  44-45
    4.3.2 优化设计时优化变量选取的要求  45-46
    4.3.3 磨盘变量的选取  46-47
    4.3.4 优化分析结果  47-51
  4.4 本章小结  51-53
第五章 总结与展望  53-55
  5.1 总结  53
  5.2 展望  53-55
参考文献  55-58
致谢  58-59
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果  59

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 磨削加工与磨床 > 一般性问题
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