立式振动磨机的运动分析与设计

摘要

矿物试样的分析是采矿和选矿过程中的重点，矿用试样的破碎和细磨是必不可少的一个环节。我国的矿用试样设备水平相对落后，目前矿用试样设备理论基础和研发应用均不能满足矿业发展的需求。振动磨机作为一种重要的矿用试样磨粉设备，也同样存在着机理研究薄弱、设计水平不高、使用维护成本较高的缺点。基于此，本文以立式振动磨机为研究对象，在其结构设计的基础上，分析其运动和力学状况，并进行试验研究，主要研究工作有以下四个方面:
　　(1)在振动力学和断裂力学基础上，分析了立式振动磨机的磨粉机理，并针对振动磨机的偏心机构不同结构形式，提出了两种立式振动磨机方案。利用SolidWorks三维建模软件对两种磨机的偏心机构、钵体和磨介等结构进行了几何建模，并完成了虚拟装配，该模型为振动磨机运动分析提供了准确的数学模型。
　　(2)利用虚拟样机技术，采用ADAMS软件对两种不同偏心机构的振动磨机三维模型进行简化和合并，建立了两种磨机的运动模型。并在此基础上，针对振动磨机的空载和有载情况，对钵体和磨介的位移、速度、加速度、能量和动能等运动性能进行仿真，并进行了对比分析。结果显示:载荷对钵体和磨介运动有一定影响。钵体运动形式主要是水平运动，垂直运动较小。磨介运动形式以水平碰撞运动和旋转运动为主，垂直翻转运动较少。在运动分析的基础上，根据总动能和平动动能分析了两种振动磨机运动类型分析，并据此确定了运动效果较佳的振动磨机类型。以上分析结果为立式振动磨机的设计提供了一定的理论基础。
　　(3)在立式振动磨机运动分析的基础上，利用ANSYS Workbench有限元分析软件，首先对立式振动磨机的核心元件——偏心机构进行了静力学分析，得到了偏心机构的应力和应变的分布云图。其次，对立式振动磨机偏心机构和偏心块进行了模态分析，得到了其振动频率和振型。最后，对立式振动磨机的偏心轴进行了疲劳分析，结果显示立式振动磨机的偏心机构完全满足实际动力学要求，是安全可靠的。同时也为振动磨机的试验分析提供了一定的理论依据。
　　(4)在立式振动磨机的运动分析和力学特性分析基础上，确定了较优的设计方案，并在相关企业样机试制的基础上，对立式振动磨机的磨粉效果进行了测试，试验结果证明了所设计的立式振动磨机满足实际使用需要，与理论分析结果基本吻合。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景和研究意义

1．2 振动磨机国内外研究现状

1．2．1 振动磨机国内研究现状

1．2．2 振动磨机国外研究现状

1．3 研究内容

2 立式振动磨机的磨粉机理分析及结构设计

2．1 物料破碎机理分析

2．2 立式振动磨机的机理分析

2．3 立式振动磨机的结构设计

2．3．1 方案设计

2．3．2 机械传动系统设计

2．3．3 偏心机构设计

2．3．4 钵体和磨介设计

2．3．5 主振弹簧设计

2．3．6 气囊压杆装置设计

2．3．7 三维建模及装配

2．4 本章小结

3 立式振动磨机运动模型的建立

3．1 ADAMS虚拟样机技术

3．2 多刚体力学分析

3．2．1 多刚体系统动力学模型

3．2．2 立式振动磨机的接触动力学模型

3．2．3 立式振动磨机多刚体动力学方程求解

3．3 几何模型的建立

3．3．1 坐标系的建立

3．3．2 零部件几何模型的简化

3．3．3 整机几何模型的总成

3．4 约束和载荷的施加

3．5 主振弹簧的施加

3．6 其它模型的建立

3．7 本章小结

4 立式振动磨机的运动分析

4．1 ADAMS／Postprocessor模块

4．2 空载情况下钵体的运动分析

4．2．1 位移分析

4．2．2 速度分析

4．2．3 加速度分析

4．2．4 能量分析

4．2．5 碰撞分析

4．3 空载情况下磨介的运动分析

4．3．1 位移分析

4．3．2 速度分析

4．3．3 加速度分析

4．3．4 能量分析

4．3．5 碰撞分析

4．4 有载情况下钵体的运动分析

4．4．1 位移分析

4．4．2 速度分析

4．4．3 加速度分析

4．4．4 能量分析

4．4．5 碰撞分析

4．5 有载情况下磨介的运动分析

4．5．1 位移分析

4．5．2 速度分析

4．5．3 加速度分析

4．5．4 能量分析

4．5．5 碰撞分析

4．6 结论分析

4．7 本章小结

5 立式振动磨机偏心机构的有限元分析

5．1 偏心机构分析的方法研究

5．2 立式振动磨机偏心机构的静态结构分析

5．2．1 静态结构分析基础

5．2．2 偏心机构静态结构分析模型的建立

5．2．3 载荷和约束的施加

5．2．4 静态结构力学分析结果

5．3 立式振动磨机偏心机构的模态分析

5．3．1 模态分析基础

5．3．2 偏心机构模态分析模型的建立

5．3．3 载荷和约束的施加

5．3．4 模态分析结果

5．4 偏心块的模态分析

5．4．1 模型的建立

5．4．2 网格划分

5．4．3 约束确定

5．4．4 分析结果

5．5 偏心轴的疲劳分析

5．5．1 偏心轴的静力学分析

5．5．2 偏心轴S-N曲线

5．5．3 偏心轴疲劳分析

5．6 本章小结

6 立式振动磨机样机制作及试验研究

6．1 试验样机

6．2 试验制品

6．3 测试内容及结果

6．4 样品粒度分析

6．5 立式振动磨机性能分析

6．6 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间获得的科研成果

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