基于CATIA的中型矿渣立式磨摇臂构件的有限元分析及优化设计

摘要

本文以我国某机械设计制造有限责任公司自主研发的中型矿渣立式磨为研究对象，在掌握其制造工艺、生产流程、受力情况的前提下，校核其关键部件——摇臂构件的设计是否符合设备安全生产的要求。通过分析立式磨的工作原理，建立摇臂构件的力学模型，由力学分析得到所受载荷，应用CATIA软件进行三维建模，并做静态分析和动态分析。
　　通过有限元分析得出了摇臂构件的应力应变分布和十阶振型，从结果显示来看：最大应力点在下摇臂中轴孔口处，最大值为60.8MPa；最大变形量在下摇臂与液压拉杆的连接处，最大值为1.12mm。其值都在允许的范围内，设备强度和刚度足够，能够满足设备安全生产的要求。而且，最小固有频率远大于磨辊和磨盘运转的周期频率，在运行时也不会发生共振现象，基本没有安全隐患。从模态分析结果来看，该构件除了工作平面内的转动外，还存在垂直于工作平面方向上的振动量以及各方向上的扭转量，所以构件连接部位的螺栓务必拧紧，并经常检查，防止松动脱落。该构件原设计比较保守，安全系数为4.5，其值太大。为了减轻设备重量、节约耗材、调整应力分布情况，使设计更加完美，对该结构件进行必要的减薄处理和结构优化，并找到最佳优化方案。
　　在静力学分析和模态分析的基础上，采用控制变量法，对原构件进行多次减薄处理和结构优化，以及同步有限元计算之后，提出了合理的改进方案，使该构件的体积和重量减小了约23％，内应力分布更合理，减少了加工量，保证安全系数在3左右。经校核模态分析，改进后模型的固有频率与改进前相比略有变大，振型基本没变，可见该改进方案有利无弊。为后续同类型构件的设计提供参考。

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1 绪论

1.1 前言

1.2 立式磨的工艺流程

1.3 立式磨的发展情况

1.4 国内外关于立式磨的研究现状

1.5 立式磨摇臂结构

1.6 本文研究的目的意义及内容

2 有限元分析软件的介绍

2.1 有限元分析在大型立式磨研究中的应用

2.2 有限元分析在立式磨摇臂上的应用

2.3 本课题所用软件CATIA的简介

3 摇臂构件的静力学分析和模态分析

3.1 静力学分析

3.2 模态分析

4 结构优化

4.1 结构优化方法

4.2 结构优化步骤

4.3 校核计算最佳结构优化模型

5总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

5.3 建议

参考文献

附录A改进部位三维模型对照图

索 引

致谢