小口径管道内壁除锈振动机静动态特性分析

摘要

金属管道随处可见，与我们的生活息息相关，大多数管道在使用前都要进行管道内表面的防腐处理，以达到减小腐蚀、延长寿命的目的。目前民用金属管道的直径多小于100mm，常用的管道内壁表面除锈工艺方法主要有酸洗法、喷砂法、高压水法、机械法等，酸洗法质量不稳定，产生的废气、废液对环境污染严重；喷砂法除锈效果较好，但容易产生二次锈蚀，生产过程产生较大的噪声污染环境，工艺要求的一次性投资较高；高压水法除锈效果比喷砂法更好，但废液对环境有污染，而且除锈设备技术含量较高，目前国内还没有生产；机械法会产生大量锈尘，主要适用于大口径管道及管道外表面。这些方法由于受技术及设备的限制，都不适用于小口径（内径100mm以下）管道内壁的除锈，小口径管道内壁的除锈已经成为工厂急需解决的难题。 课题研究设计的振动除锈机，应用共振原理将预置在管道内部的磨料抛掷起来，从而获得一定的能量反复冲击钢管内壁，达到清除锈斑、氧化皮的目的。磨料的冲击能量，可以通过调节振幅和频率来调整，每次可以处理10根长度尺寸3000mm、内径<100mm的钢管，机械化程度较高，提高工作效率，降低了工人的劳动强度，而且磨料可以反复使用，除锈成本较低，不产生有污染的副产物，是一种环保的新型除锈方法。目前已经完成振动除锈试验效果分析、振动除锈机的机械系统设计工作。 在已有机械系统结构设计基础上，课题研究取得的主要成果： （1）利用工程设计软件对振动台主要零部件进行三维实体建模虚拟装配，进行干涉检验，验证机械结构设计的合理性； （2）应用模态分析理论和动态有限元技术，分析振动台主要零部件（箱体、激振轴、主传动轴）约束条件下的固有频率和振型，避免主要零部件与主振频率发生共振； （3）在板弹簧调节达到刚性极限情况下，分析竖直振动台在受到最大水平和竖直方向惯性力的瞬时状态时的应力、应变和变形，对薄弱环节进行结构改进以满足强度和刚度要求； （4）在板弹簧调节达到刚性极限同时竖直振动台受到最大激振力的瞬时情况下，对竖直振动底部支撑板进行结构分析； （5）利用共振的原理及减小激振力的动力学方法对竖直振动台进行了模态分析和谐响应分析，保证在设计的激振力作用下，竖直振动台处在共振状态下振动，满足振幅的设计要求； （6）对振动除锈机械的圆柱滚子轴承的滚动体进行结构优化分析，设计了空心圆柱滚子，可以有效吸收振动、降低边缘应力集中效应，提高滚动轴承的疲劳寿命。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1本课题研究背景

1.2课题研究意义

1.3振动除锈基本原理及特点

1.4课题研究的内容

本章小结

第二章振动除锈机可装配性检查

2.1应用工程软件简介

2.2振动台模型的建立

2.3装配干涉检验

本章小结

第三章静动态分析理论基础及软件简介

3.1有限元理论

3.2静力学分析基本理论

3.2.1弹性力学的基本假设

3.2.2弹性力学基本方程

3.2.3弹性力学静态有限元法基本分析过程

3.3模态分析

3.3.1模态分析概述

3.3.2模态分析理论

3.4谐响应分析

3.4.1谐响应分析的概述

3.4.2谐响应分析理论

3.5 ANSYS软件的简介

3.5.1 ANSYS的发展

3.5.2 ANSYS的主要功能

3.6 ANSYS Workbeneh软件简介

本章小结

第四章振动台的动态特性分析

4.1主要零部件模态分析意义

4.2 ANSYS模态分析的基本步骤

4.3有限元模型的建立

4.3.1 Pro/E软件与ANSYS软件之间的数据转换

4.3.2单位设定

4.4主传动轴的模态分析

4.5激振器轴的模态分析

4.6箱体的模态分析

本章小结

第五章竖直振动台的静动态分析

5.1竖直振动台的静力分析

5.1.1模型的建立及简化

5.1.2网格的划分

5.1.3边界约束条件的确定

5.1.4许用应力的计算和最大变形量的确定

5.1.5静力结果分析

5.1.6竖直振动平台的改进设计与分析

5.2竖直振动台底板的瞬时受力极限分析

5.2.1许用应力和最大变形的确定

5.2.2静力分析的结果

5.3竖直振动台的模态分析

5.3.1模型的建立及简化

5.3.2网格划分及边界条件的处理

5.3.3模态结果分析

5.4竖直振动台的谐响应分析

5.4.1边界约束条件的确定

5.4.2谐相应结果分析

5.5竖直振动台振动振幅的校核计算

本章小结

第六章圆柱滚子的有限元静力分析及优化设计

6.1 ANSYS线性静力分析

6.2滚动轴承的简介

6.2.1滚动轴承的特点

6.2.2滚动轴承的主要破坏形式

6.2.3滚动轴承的载荷分布

6.3圆柱滚子的静力分析

6.3.1有限元模型的建立及网格划分

6.3.2载荷与约束的处理

6.3.3许用接触应力的确定

6.3.4许用刚度的确定

6.3.5静力结果分析

6.4圆柱滚子的优化设计

6.4.1优化设计的基本概念

6.4.2数学模型的一般形式

6.4.3优化设计的步骤

6.5圆柱滚子优化的参数化建模

6.6求解、提取并指定目标函数和状态变量

6.6.1提取目标函数—圆柱滚子的总体积

6.6.2提取状态变量

6.7在ANSYS软件中进行优化

6.7.1生成优化分析文件

6.7.2指定分析文件

6.7.3定义优化变量

6.8空心滚子结构设计及优化分析

本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢