6m圆盘造球机关键零件的有限元分析与优化设计

发布时间：2017-10-07 16:08

  本文关键词：6m圆盘造球机关键零件的有限元分析与优化设计

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【摘要】：圆盘造球机是球团生产过程中的重要设备,其工作载荷大,工况复杂而恶劣;同时,圆盘造球机的平稳及高效工作直接影响球团生产的质量和产量。目前,国内圆盘造球机的设计制造主要参照国外产品,没有形成成熟的计算理论及规范的设计方法。在这种情况下,造球机的设计往往采用盲目加大零件尺寸的方法来满足其工作的需要,造成设备重量加大,制造成本居高不下,同时也未解决工作平稳性的问题。因此,对圆盘造球机进行有针对性的优化已成为其设计过程中的主要问题。本课题以6m圆盘造球机为对象,选取盘体及主轴这两个影响机器工作质量的主要零件,在载荷计算、参数化建模、设立约束条件及施加载荷的基础上,使用ANSYS系统对盘体和主轴这两个主要零件进行了分析及优化设计:1.根据6m圆盘造球机的设计图,建立了主轴及盘体的参数化模型,提取设计参数,为分析和优化奠定了基础;2.对主轴和盘体进行了模态分析,摸清了主轴及盘体的振动模态,以检验零件设计的合理及有效性;3.在详细分析了矿石粉分布规律的基础上,对造球机盘体及主轴的载荷进行了详细计算;4.在ANSYS中,对盘体及主轴进行了静力学分析,掌握了两个零件的应力和应变情况;5.使用ANSYS系统对盘体和主轴进行了结构优化分析,并验证了分析结果。通过大量的计算与分析,本课题得出了如下结论:1.载荷的分析与计算结果表明,圆盘造球机载荷的分布复杂,工况恶劣,给设备的工作造成了很大的影响。2.盘体及主轴的模态分析结果表明,两个关键零件的低阶振动频率,与其工作频率相差较大,不会产生共振,设计合理。3.盘体和主轴的静力学分析表明,盘体的最大应力为34.6MPa,远小于其许用应力。两者的最大位移分别为1.772mm和0.46mm,满足使用要求。分析也表明,两个关键零件的强度冗余量较大,有较大优化空间。4.以体积最小为优化目标,以许用应力为优化约束条件,分别采用Sub-Problem算法和乘子算法,对盘体和主轴进行了优化分析。通过优化设计,盘体的质量减轻了61%;主轴的质量可减轻了52%。参照优化后的设计变量进行了再建模和分析,验证了优化结果的可靠性。本课题的研究以实际工况为基础,分析比较全面客观,部分解决了6m圆盘造球机设计过程中的模糊问题,找到了设备制造成本升高的原因,也为提高设备的工作稳定性提供了技术依据,分析结果对该设备的设计制造具有较强的参考价值。
【关键词】：圆盘造球机 主轴 盘体 静力学分析 模态分析 优化设计
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD464
【目录】：

• 中文摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1.绪论11-20
• 1.1 选题的背景11-16
• 1.1.1 造球工艺11-12
• 1.1.2 造球机介绍12-16
• 1.2 造球机研究现状16-19
• 1.2.1 国外现状16
• 1.2.2 国内现状16-18
• 1.2.3 选题意义18-19
• 1.3 主要研究内容及研究方法19-20
• 2.盘体和主轴的模态分析20-32
• 2.1 盘体有限元模型20-23
• 2.2 主轴有限元模型23-24
• 2.3 模态分析24-30
• 2.3.1 主轴模态分析25-27
• 2.3.2 盘体模态分析27-30
• 2.4 本章小结30-32
• 3.圆盘造球机载荷计算32-41
• 3.1 造球机载荷特性分析32
• 3.2 造球机盘体所受载荷计算32-35
• 3.2.1 造球机盘体工作参数分析32-34
• 3.2.2 矿石粉质量分布分析及载荷计算34-35
• 3.3 圆盘造球机主轴所受载荷分析与计算35-39
• 3.4 本章小结39-41
• 4.盘体和主轴静力学分析41-52
• 4.1 盘体的静力学分析41-49
• 4.1.1 载荷施加41-42
• 4.1.2 边界条件42-43
• 4.1.3 结果分析43-49
• 4.2 主轴的静力学分析49-51
• 4.3 本章小结51-52
• 5.盘体和主轴的优化设计52-75
• 5.1 优化设计基本理论52-55
• 5.2 Ansys中优化设计的实现55-60
• 5.2.1 Ansys优化设计的基本流程55-57
• 5.2.2 Ansys优化设计的方法57-60
• 5.3 盘体的优化设计60-71
• 5.3.1 变量目标函数及约束条件设置60-62
• 5.3.2 优化结果及分析62-71
• 5.4 主轴优化设计及分析71-74
• 5.5 本章小结74-75
• 6.结论与展望75-77
• 6.1 结论75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-79
• 致谢79-80
• 作者简介80-81

【参考文献】

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本文编号：988785