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立磨关键部件有限元分析

作　者: 胡其涛
导　师: 申祖武；陈作炳
学　校: 武汉理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 立磨 关键部件 有限元 形状优化
分类号: TQ172.632.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 266次
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内容摘要


立磨是一种用途很广的粉磨兼烘干设备,可广泛地用于粉磨水泥或水泥熟料及其他建筑化工陶瓷等工业原料。立磨在工作原理、研磨机理、机械结构系统、工艺性能等方面以其独特的优点越来越得到国内外水泥行业的重视,随着窑外分解技术的诞生,各国水泥行业越来越多地采用立磨粉磨水泥原料与熟料。与传统球磨机相比,立磨具有粉磨效率高、电耗低,烘干能力大、产品细度调节方便、工艺流程简单、占地面积小、噪声低、金属消耗少、检修方便等特点。本文分析了立磨的工作原理和结构组成以及常见组合类型,分析了关键部件主要尺寸对立磨技术参数的影响。按照设计要求进行立磨关键部件的参数设计,设计了立磨关键部件。并以PRO/E为平台实现立磨关键部件的设计,同时将三维样机直接转化为零件和装配图的二维工程图,以利于工程实际生产。利用Hypermesh和ANSYS两大有限元软件,对立磨关键部件加压装置和磨盘的有限元分析。首先,对立磨运行工况和关键部件结构进行简化,以达到满足静力学要求和有限元计算要求。再次,建立加压装置几何模型,划分网格,利用接触技术模拟支撑轴承与中心轴之间的微小转动状态,利用接触单元模拟磨棍与衬板的相对运动,合理地处理了边界条件,得到了摇臂、动臂的位移变形和应力分布。最后,建立了磨盘装置几何模型,划分质量较好的六面体网格,运用垂直压力和切向力模拟实际工况的研磨压力和摩擦力,得到了磨盘的位移变形和应力分布。通过摇臂、动臂和磨盘等关键部件位移图和应力分布图,验证了立磨关键部件设计的合理性和安全性,立磨关键部件设计是满足要求的。在有限元分析结果的基础上,运用数学优化思想,在HyperWorks优化模块OptiStruct平台下对磨盘进行形状优化。在已有设计模型的基础上,确定优化区域,建立了磨盘形状扰动变量,设置制造约束条件和刚度约束条件,定义优化目标。优化计算后得到了合理的结构优化设计模型,同时减轻了磨盘重量,节省了成本。形状优化技术的引入,使得结构设计更为科学,来指导工程设计。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题研究的目的及意义  9-10
  1.3 国内外立磨发展状况  10-13
    1.3.1 国外立磨发展概况  11-12
    1.3.2 国内立磨发展概况  12-13
  1.4 主要研究内容和关键问题  13-14
  1.5 本章小结  14-15
第2章 立磨关键部件结构设计  15-25
  2.1 立磨概述  15-18
    2.1.1 立磨工作原理  15-16
    2.1.2 立磨类型  16-17
    2.1.3 立磨结构组成部分  17-18
  2.2 立磨粉磨系统  18-19
  2.3 立磨关键部件设计  19-22
    2.3.1 磨盘设计  19-20
    2.3.2 磨辊设计  20-22
    2.3.3 加压装置设计  22
  2.4 磨机辊压与功率  22-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章 立磨关键部件有限元分析  25-46
  3.1 有限元概述  25
  3.2 立磨关键部件模型简化  25-28
    3.2.1 立磨关键部件计算流程  25-27
    3.2.2 立磨工况简化  27
    3.2.3 模型结构简化  27-28
  3.3 立磨技术参数及边界条件确立  28-30
    3.3.1 关键部件材料参数  28
    3.3.2 立磨施力系统计算  28-30
  3.4 加压装置有限元分析  30-40
    3.4.1 加压装置模型建立  30-31
    3.4.2 网格划分  31-33
    3.4.3 建立接触对  33-36
    3.4.4 参数选取及边界条件  36-38
    3.4.5 求解及后处理  38-40
  3.5 磨盘有限元分析  40-45
    3.5.1 磨盘模型建立  41
    3.5.2 磨盘模型网格划分  41-42
    3.5.3 磨盘参数及边界条件  42-44
    3.5.4 磨盘分析结果  44-45
  3.6 本章小结  45-46
第4章 磨盘形状优化  46-57
  4.1 结构优化概述  46-51
    4.1.1 Optistruct优化  47-48
    4.1.2 形状优化  48-49
    4.1.3 Optistruct形状优化  49-51
  4.2 磨盘形状优化  51-56
    4.2.1 建立优化模型  51-53
    4.2.2 定义优化问题  53-54
    4.2.3 磨盘优化分析  54-56
  4.3 本章小结  56-57
第5章 总结与展望  57-59
  5.1 总结  57
  5.2 展望  57-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
攻读硕士学位期间发表的学术论文  63

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 水泥工业 > 生产过程与设备 > 粉磨技术及设备 > 粉磨系统、粉磨机 > 辊式磨（立磨）
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