球磨机轴承设计及动态特性分析毕业设计论文(编辑修改稿)

球磨机轴承设计及动态特性分析毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

的补充方程。 2）米塞斯（ ）屈服准则 在一定的变形条件下，当受力物体内一点的应力偏张力的第二不变量达到某一定值时，该点就开始进入塑性状态。 即 屈服准则，也称塑性条件。 它 的 描述 是 用主应力表示为 （ς 1ς 2） 2+（ς 2ς 3） 2+（ς 3ς 1） 2=2ς S2=6K2【 4】 式中 ς s— 材料的屈服点， к — 材料的剪切屈服强度 与等效应力比较，可得 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 毕 业 设 计 9 所以，米塞斯屈服准则也可以表述为：在一定的变形条件下，当受力物体内一点的等效应力达到某一定值时，该点就开始进入塑性状态。 在一定的变形条件下，当材料的单位体积形状改变的弹性位能（又称弹性形变能）达到某一常数时，材料就屈服。 3） 屈服准则的几何描述 —— 空间主应力中的屈服平面 屈服表面 —— 以应力主轴为坐标轴可以构成一个主应力空间，屈服准则的数学表达式在主应力空间中的几何图形是一个封闭的空间曲面。 图 主应力空间 米塞斯屈服表面 —— 由于矢量 OP=OM+MP 所以矢量的模 ,其中 而 │OM│ 就是 ς σ σ3在 ON 线上的投影之和，即 321321 (3/1 σσσσσσ  nmlOM 由此可 求得 σ3/2MP 根据米塞斯屈服准则，当 ς =ς s 时材料就屈服，故 P 点屈服时有 MP= 3/2 б S 因此，若以 M 为圆心， 3/2 б S为半径，在垂直于 ON 线的平面上作圆，则该面上各点的应力偏张量均相等，即均为 3/2 б S，所以圆上各点都进入塑性状态。 由于静水应力（包括 OM）不影响屈服，所以，以 ON 为轴线，以 3/2 б S为半径作一圆柱 面，则此圆柱面上的点都满足米塞斯屈服准则。 这个圆柱面就是用主应 力 表示的米塞斯屈服准则 在主应力空间中的几何表达。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 毕 业 设 计 10 Pro/E 技术的发展 Pro/E 软件应用 随着现代工业的不断发展，计算机辅助 设计与制造（ CAD/CAM）技术逐渐成为提高工程绘图、产品设计、模具设计和加工水平的主导力量。 任何单位和个人要想在激烈的市场竞争中立于不败之地，就必须熟练掌握和应用计算机辅助设计与制造（ CAD/CAM）技术。 Pro/Engineer（ Pro/E）是美国参数技术公司（ Parametric Technology Corporation 简称 PTC）的软件。 Pro/E 软件以其先进的参数化设计、基于特征的实体造型深受广大用户的喜爱，该软件的应用领域主要是针对产品的三维实体模型建立、结构分析、以及模具设计等，用户界面 简洁、概念清晰、逻辑性强，比较符合工程技术人员的设计思想与习惯，是目前国内企业和技术人员使用最广泛的 CAD 软件之一。 Pro /ENGINEER 是一个全方位的三维产品设计和开发软件，它集零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、钣金设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析、电路布线、装配管路设计等功能模块和专有模块于一体，可以实现面向制造的设计 (Design For Manufacturing， DFM)、面向装配的设计 (Design For Assembly， DFA)、逆向设计 (Inverse Design， ID)、并行工程(Concurrent Engineering， CE)等先进的设计方法和模式。 Pro/ENGINEER 野火版具有多项新特征和附加功能，使用起来更加直观。 它增加了自由形式曲面处理等新技术，强化了建模和使用范围。 作为 Pro /ENGINEER 的 行业优势和发展方向， Pro/E 第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决相关性问题。 另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。 Pro/E 的基 于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。 它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。 它的 参数化设计 优势包括以下特性： * 三维实体模型 三维实体模型除了可以将用户的设计理念以最真实的模型在计算机上表现以外，还可以随时计算出产品的体积、面积、质心、质量和惯性矩等，以便了解产品的真实情况，可以减少对以上参数的人为计算时间。 * 单一数据库 Pro/ENGINEER 是建立在单一数据库上的，即工程的资料全部来自一个库，使多个独立用户可以同时处理同一个产品的造型。 并可随时由三维实体仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 毕 业 设 计 11 模型产 生二维工程图，而且自动标注工程图的尺寸。 在三维实体模型或二维图形上作尺寸修正时，其相关的二维图形或三维实体模型均自动修改，同时装配、制造等相关设计也会自动修改，这样可确保数据的正确性，避免了耗时的反复修改。 * 以特征作为设计的单元 Pro/ENGINEER 以最自然的思考方式从事设计工作，如凸起 (Protrusion)、切削 (Cut)、钻孔 (Hole)、开槽 (Slot)、圆角 (Round)、斜角(Chamfer)、圆轴 (Shaft)、轴颈 (Neck)、凸缘 (Flange)、薄壳 (Shell)、加强肋 (Rib)及管件 (Pipe)等均视为基本特征。 也正因为以特征作为设计的单元，因此可随时对特征做出合理、不违反几何关系的修改操作，如重新定义 (Redefine)、重新排序(Reorder)、重新参考 (Reroute)、插入模式 (Insert Mode)、替换模式 (Change Mode)和删除 (Delete)等。 * 参数式设计 配合单一数据库，所有的设计过程中使用的尺寸 (参数 )都存储在数据库中，设计者只要更改三维零件 (Part)的尺寸，则二维工程图 (Drawing)、三维装配图 (Assembly)、模具 (Mold)等立即依照尺寸的更改做几何形状的变化，这样可以保证设计修改工作的一致性。 正因为用参数式的设计，用户可以运用强大的数学运算方式，创建各尺寸参数间的关系式，自动计算出模型应有的外形，减少了逐一修改尺寸的时间，并可避免错误的发生。 * 直接建模：让用户在最小限度的界面交互和较少使用鼠标的情况下，交互地建立和修改特征。 * 灵活的草绘和骨架：柔性特征可以很容易地对复杂的几何体进行有效更改。 * 过程变形：能够对变形进行详尽的更改，而不需要修改原设计。 * 自由形式曲面处理：使用方便的工具栏和鼠标，自由设计美学曲 面和曲线。 * 行为建模：行为建模 (BMX)已经成为设计过程自动化的流行工具。 * 小组数据管理：具有安全多点协作功能，便于本地数据管理。 * 系统互连设计：用于制作电路图，以及过程和测量示意图。 模型检测等原有的模块。 PTC 公司同时提供了新的装配功能、数据管理功能、仿真功能，并扩展了Pro/ENGINEER 的 * 全相关二维制图：新的智能化约束捕捉功能加快了制图实体的创建。 * 制造：高速加工的改进功能。 * 仿真： Pro/MECHANICA 是一个分析工具，可单独使用。 * 模型检查： ModelCHECK 使 CAD 检查过程自动化。 * 造船：具有船体整体布局和细分的船体概念设计功能，具有建立详尽的船舶结构化框架的钢结构生成功能。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 毕 业 设 计 12 另外， Pro/E 采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金 设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。 本课题研究的意义 球磨机作为一种应用非常广泛而且十分重要的生产机械，日益向大型化、自动化及复杂化发展。 这样的关键设备一旦发生故障，往往会给生产带来巨大的影响，常 常由于对故障的出现值估计不足，致使企业蒙受较大的经济损失， 在球磨机的使用中，主轴承 常常发生破坏失效进而导致整台球磨机生产的突然中断，从而造成重大经济损失，严重的还有可能导致人员伤亡。 解决球磨机使用安全性问题，将直接提高生产效率，促进相关行业的发展。 从经济效益和应用前景上来看，可以提高设备的利用率，大大降低生产成本。 故本文的选题“球磨机轴承设计及动态特性分析”对磨矿生产具有非常积极的理论和现实意义。 要解决球磨机工作过程中的实际问题，势必对球磨机的工作状况有一个全面清楚的认识，这样作 出的分析才是科学有效的。 基于该分析本文 在三维设计的基础上对球磨机主轴承的受力情况进行了详细的理论分析计 算， 并在此基础上用有限单元法结合相关理论进行了分析及讨论。 3 球磨机工作原理和主要参数计算 本课题利用 Pro/E 三维制图软件对球磨机做了总体三维 设计，对 球 磨机结构中的零件做了 结构特征建模， 通过 球磨机 主 轴承 部 等 各大型 关键件的实体建模可以让人们清楚的了解各零件的基本构造 ，并且可以清楚的看到它的几何尺寸，为各零件的设计和制造提供便捷 途径，省去了对二维图烦琐的阅读。 磨机的总体造型 使球磨机的整体构造一目了然，表达了用许多二维图才能表达清楚的球磨机构造。 同时在给定轴承相关参数的基础上所做的轴承相关件的三维设计也为进一步做有 限元分析提供了实体模型，为问题的进一步深入讨论打下了基础。 在分析球磨机轴承 过程中，必须对球磨机的工作过程进行近似的模拟，为了能更合理地对球磨机实际的工作条件进行模拟，必须 先研究球磨机工作时破碎介质在筒体内的运动规律并计算出筒体的受力情况，进而确定出球磨机主轴承的承载情况。 球磨机工作原理简介 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 毕 业 设 计 13 图 球磨机 组装 图 球磨机工作时由电动机驱动，通过减速器把力和转矩传递给齿轮轴，再通过齿轮轴与筒体上大齿轮的啮合把动力传递给筒体使其转动，这样在 离心力和摩擦力的作用 下 ， 筒体内物料和研磨体（钢 球 ） 与筒体一起 运动。 任何一层的运动轨迹为以筒体中心为中心，以 R 为半径 (球所在回转层的半径 )的圆周。 但球与筒体一起转动而被提升到一定高度以后，因球的离心力小于球的向心力，此时，球就以初速度 V(筒体的圆周速度 )离开筒壁作抛物 线运动，下落后 重又回到圆的轨迹上。 在运转过程中，钢球在球磨机内 按圆与抛物线的轨迹周而复始地运动着。 矿石的磨碎主要是靠破碎介质落下时的冲击力和运动时的磨剥作用。 研磨体两种运动状态 的假设 目前球磨机筒体两侧主轴承的受力计算中，对筒体内研磨体有两种假设方法：一种按静态，即筒体内研磨体及物料等重量按静止的 均布的作用在筒体的有效长度上；另一种按动态 【 5】 ，即球磨机在回转运动中，部分研磨体贴着筒体一起回转上升，另一部分研磨体则成抛出状态，由离心力和自重使研磨体抛落对筒体产生较大的冲击力，但此冲击力假设如同瀑布冲击岩石，是连续的传递给筒体。 实际上每一个研磨体冲击筒体时是不连续的，冲击时间一般在 103S 以下，而研磨体相继冲击间隔时间一般为 ～ 秒。 对于湿式球磨机，由于筒体内有矿浆，球载抛落时的冲击载荷被矿浆和球载所吸收，传到筒体上的力已很小，因此可以不考虑。 所以，湿式球磨机的筒体上只作用有筒体的自 重，作圆周运动的破碎介质和物料的重量及离心力。 干式球磨机则要考虑到冲击载荷的影响。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 毕 业 设 计 14 静态 下球磨机主轴承的受力分析 电动机的选取 根据已知条件得： η 01=ξ =； η 12=λμ = =； η 23=ξμ = =； η 34=λμ = =； 其中各符号意义如下： ξ —— 联轴器传动效率； λ —— 齿轮传动效率； μ —— 轴承传动效率。 η ij—— 第 i轴与第 j 轴间的传动效 率； （其具体数值可由机械设计手册查得） 根据齿轮间传动比与齿轮齿数间的关系得： I12=Z2／ Z1=5。 I34=Z4／ Z3=186／ 21= 其中 Iij:第 i轴与第 j 轴间的齿轮传动比； Zi:第 i轴上齿轮齿数 由筒体工作转速及各级传动比间的关系可估算电机转速 N: N=nI12η 34= 5=（ r／ min） 其中 n— 筒体工作转速 根据机械设计手册查得电动机规格型号中 739 r／ min 的电机最合适，其型号为 YR5605— 8，电机额定功率为 630KW, 其额定电压 10000V。 筒体大齿轮受力分析 现对大齿轮受力情。