高浓盘磨机的主轴系统的优化设计研究

摘要

盘磨机是造纸工业中的一种关键的磨浆和打浆设备，其工作性能的好坏会直接影响企业的效益，而盘磨机的主轴系统又是盘磨机正常工作必不可少的重要部件。由于盘磨机的磨盘间隙非常小，在精磨区最小可达0.1mm，如果盘磨机的主轴刚度不足就可能使动盘发生偏斜，从而可能发生“碰盘”，这对于盘磨机的损害是比较大的。因此，对于提高盘磨机主轴刚度的研究是十分必要的。
　　首先综述了典型的盘磨机主轴系统的结构，并对其优缺点进行了归纳总结，然后设计了60时的高浓单盘磨浆机的主轴结构，并提取了该其主轴系统的力学模型。
　　接着在介绍了机床主轴常用的几种静态优化方法的基础上，通过借鉴机床主轴的静态优化分析方法对盘磨机主轴结构进行了静态优化分析，确定了双联滚动轴承与单个滚动轴承的刚度关系，得到了盘磨机主轴的刚度计算模型，根据结构确定悬伸量，并利用MATLAB软件对主轴刚度计算模型进行了求解，得到了最佳跨距值。利用ANSYS软件对盘磨机主轴进行静力学分析，将轴承简化为等刚度的弹簧，通过分析四组不同跨距下盘磨机主轴的位移变形，验证了静态优化设计的正确性。
　　最后，介绍了动力学建模的几种常用方法，在用有限元法进行动力学建模的理论方法的基础上，利用ANSYS软件对盘磨机主轴系统进行了约束模态分析。由前六阶固有频率求得相应的临界转速，盘磨机的实际转速小于一阶临界转速，但相差较小，于是分别选取了跨距为600mm、750mm和800mm时的主轴系统进行模态分析，分析结果显示跨距为750mm时的动态性能较好，且在合理跨距范围内，综合考虑静态优化和动态优化分析结果，选取最终主轴跨距为750mm。
　　本文通过盘磨机主轴静态优化和动态优化的设计，确定了盘磨机主轴的最佳悬伸量和跨距，并利用ANSYS软件进行了分析验证，优化设计结果符合60时高浓盘磨机结构设计要求。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 盘磨机的简介

1．3 盘磨机的结构、组成和工作原理

1．4 盘磨机的分类

1．5 高浓盘磨机的结构和制浆的优点

1．6 课题的研究内容

1．6．1 研究任务

1．6．2 课题研究目标及论文思路

1．6．3 课题研究意义

2 盘磨机主轴系统的结构分析

2．1 单盘磨浆机主轴系统的结构分析

2．1．1 ZDP型高浓单盘磨浆机

2．1．2 RL50S型盘磨机

2．1．3 悬臂式高浓单盘磨浆机

2．2 三盘磨浆机主轴系统的结构分析

2．2．1 单进料口的悬臂式低浓三盘磨浆机

2．2．2 双进料口的悬臂式中浓三盘磨浆机

2．2．3 双螺旋切向进料口的通轴式三盘精磨机

2．2．4 单进料口的通轴式低浓三盘磨浆机

2．2．5 带隔离环的单进料口悬臂式低浓三盘磨浆机

2．2．6 双进料口的通轴式高浓三盘磨浆机

2．2．7 单进料口的悬臂式高浓三盘磨浆机

2．3 不同进料方式三盘磨浆机的比较与分析

2．4 悬臂式高浓单盘磨浆机主轴结构的设计与分析

2．5 本章小结

3 高浓单盘磨浆机主轴系统的静态优化设计研究

3．1 主轴系统的静态优化设计简介

3．2 机床主轴的优化设计方法

3．2．1 基于MATLAB的机床主轴优化设计

3．2．2 基于ANSYS的机床主轴结构的优化设计

3．2．3 基于遗传算法的数控机床主轴优化设计方法

3．2．4 用广义约束拟牛顿法和有限元法对机床主轴进行优化设计

3．2．5 基于竞选算法的机床主轴优化设计

3．2．6 基于惩罚函数法的机床主轴结构的优化设计

3．3 盘磨机主轴上的滚动轴承的刚度计算

3．3．1 轴承刚度的计算

3．3．2 圆锥滚子轴承的刚度计算

3．3．3 盘磨机主轴的支撑轴承刚度的计算

3．3 盘磨机主轴的静态优化计算

3．3．1 初选主轴直径

3．3．2 主轴组件刚度以及悬伸量和跨距的确定

3．3．3 主轴最佳跨距的计算

3．3．4 最佳跨距值的修正

3．4 优化结构的检验

3．4．1 有限元的简介

3．4．2 盘磨机主轴的静力分析

3．5 本章小结

4 高浓单盘磨浆机主轴系统的动态优化设计研究

4．1 盘磨机主轴的建模方法

4．2 运用有限元法进行动力学建模的步骤

4．2．1 建立单元的动力学方程

4．2．2 边界条件处理

4．2．3 特征值问题的求解

4．3 盘磨机主轴的模态分析

4．3．1 模态分析简介

4．3．2 盘磨机主轴在ANSYS中的模态分析

4．4 本章小结

5 结论

5．1 总结

5．2 结论

5．3 本文创新点

6 展望

参考文献

8 攻读硕士学位期间发表论文

致谢