通轴式盘磨机主轴系统动态分析

发布时间：2017-06-08 07:15

  本文关键词：通轴式盘磨机主轴系统动态分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着造纸盘磨机朝着大型化和精细化方向发展,对盘磨机主轴的要求也越来越高。造纸盘磨机一般采用悬臂式和通轴式两种结构方式。目前市场上较流行的是悬臂式盘磨机,而通轴式盘磨机相较于悬臂式盘磨机在平行度等方面有其独特的优势,但因磨片更换难等问题逐渐淡出市场。本文在保留原通轴式盘磨机优点的基础上,对通轴式盘磨机整机进行了重新设计。新设计的盘磨机的整机主要由主轴电机、主轴、动盘调节装置、定盘调节装置、前轴承组合、后轴承组及底座等部分组成。本文旨在分析通轴式盘磨机主轴系统的动态特性。在自行重新设计通轴式盘磨机的基础上,本文深入研究了盘磨机主轴系统的动力学行为,建立了主轴系统的数学模型及仿真模型,分析研究了主轴系统的静态特性和动态特性,为通轴式盘磨机的进一步研究提供参考。本文的主要研究工作及其结论如下：(1)查阅大量中、外文文献,参考以往造纸盘磨机、热磨机以及其他机械机构,重新设计了一台造纸盘磨机。选择具有典型粘弹性性质特性的Kelvin-Voigt模型来描述支承单元轴承组,用集中质量单元描述主轴、动盘和磨片,然后采用传递矩阵法建立通轴式盘磨机主轴系统的动力学数学模型。(2)对该课题实际所涉及的通轴式盘磨机进行设计计算。对磨盘直径、所需电机功率、主轴直径、轴承选型、磨室结构和微调装置进行了设计计算。(3)利用ANSYS/Workbench平台建立主轴静力状态下的仿真模型。通过主轴的位移及应力变化,观察主轴的静刚度,分析主轴设计是否合理,为动态特性分析做理论基础。(4)对主轴的动态特性进行了分析。模态分析：求解主轴、动盘及磨片组成的系统的前六阶模态,得到其固有频率,对前六阶进行振型描述,计算出主轴的一阶临界转速；谐响应分析：分析主轴在承受周期性载荷时的周期性响应,从而预测主轴的持续动力学特性,验证前面设计能否成功地克服共振、疲劳及其他受迫振动引起的有害效果；动力学特性分析：在ADAMS动力学仿真软件中,模拟主轴系统在工作稳态下主轴的刚度。工作稳态时,主轴高速转动,主轴右端受到对称转矩作用。对主轴上各部件在主轴上位置进行标记,观察各标记点在主轴高速转动下的位置变化,分析主轴动态下的刚度。(5)在ANSYS/Workbench中对主轴重新进行参数化建模,以P1、P2左右轴承到动盘的距离为变量,使主轴在直径不变的情况下,通过移动轴承位置,改变主轴跨度,使主轴刚度达到最大、形变量最小。该种情况下得到的主轴跨度即为主轴的最优跨度。
【关键词】：造纸盘磨机 主轴系统 ANSYS/Workbench 仿真分析 动态分析
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TS73
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 引言10
• 1.2 课题的研究背景及意义10-11
• 1.3 盘磨机的研究和发展现状11-13
• 1.4 论文的主要研究内容13-15
• 2 通轴式盘磨机整机结构的初步设计15-26
• 2.1 主轴结构形式的确定15-17
• 2.2 主轴的结构形式及计算17-19
• 2.2.1 磨盘直径计算17
• 2.2.2 功率消耗的计算17-18
• 2.2.3 主轴直径计算18-19
• 2.3 前轴承组结构形式的设计19-21
• 2.3.1 圆锥滚子轴承组的尝试性设计19-20
• 2.3.2 组合轴承形式的确定20-21
• 2.4 后轴承组形式的确定21
• 2.5 磨室结构形式及相关部分的设计21-22
• 2.6 动盘间隙调节机构的设计22-23
• 2.6.1 动盘调整原理22-23
• 2.6.2 调节装置的设计计算23
• 2.7 整机概述23-25
• 2.7.1 组成部分23-24
• 2.7.2 工作原理24
• 2.7.3 优点总结24-25
• 2.8 本章小结25-26
• 3 主轴系统数学建模分析26-37
• 3.1 轴承动力学模型的选择26-29
• 3.2 单元传递矩阵29-34
• 3.2.1 质量单元30-32
• 3.2.2 梁单元32-34
• 3.2.3 支承单元34
• 3.3 轴的传递矩阵34-35
• 3.4 主轴固有频率的计算35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 主轴的静力分析37-45
• 4.1 有限元法及ANSYS/Workbench软件简介37-40
• 4.1.1 有限元法概述37
• 4.1.2 ANSYS软件及Workbench平台简介37-38
• 4.1.3 ANSYS/Workbench静力分析理论基础38-39
• 4.1.4 ANSYS/Workbench静力分析步骤39-40
• 4.2 主轴静力分析40-44
• 4.2.1 构建几何模型40-42
• 4.2.2 建立有限元模型42
• 4.2.3 载荷的施加42-43
• 4.2.4 云图结果及分析43-44
• 4.3 本章小结44-45
• 5 主轴系统的动态特性分析及优化45-59
• 5.1 主轴系统的模态分析45-48
• 5.1.1 模态分析的基本理论45-46
• 5.1.2 模态分析主要方法46
• 5.1.3 主轴系统模态分析步骤46-48
• 5.1.3.1 建立模型46
• 5.1.3.2 加载及求解46
• 5.1.3.3 模态结果后处理46-48
• 5.1.4 临界转速的计算48
• 5.2 主轴系统谐响应分析48-51
• 5.2.1 谐响应分析基本理论48-49
• 5.2.2 谐响应分析流程49
• 5.2.3 谐响应分析过程及步骤49-51
• 5.2.3.1 模型建立49-50
• 5.2.3.2 谐响应分析约束条件及载荷50
• 5.2.3.3 结果及分析50-51
• 5.3 主轴系统动力学特性分析51-53
• 5.3.1 动力学模型的建立51-52
• 5.3.2 接触、运动及动力加载52
• 5.3.3 结果及分析52-53
• 5.4 主轴优化设计53-58
• 5.4.1 ANSYS/workbench程序常用优化方法54
• 5.4.2 优化变量及数学模型54-55
• 5.4.3 主轴跨度优化设计基本步骤55-56
• 5.4.4 建立参数化模型56-57
• 5.4.5 优化结果及分析57-58
• 5.5 本章小结58-59
• 6 结论与展望59-61
• 6.1 课题总结59-60
• 6.2 有待进一步研究的问题60-61
• 7 参考文献61-66
• 8 攻读硕士学位期间论文发表情况66-67
• 9 致谢67

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