（资料）球磨机轴承设计及动态特性分析毕业设计论文

球磨机轴承设计及动态特性分析1)在了解球磨机原理的基础上进行了三维设计，用理论计算的方法对球磨机相关2)在未考虑接触的情况下，建立了该球磨机轴承的有限元模型，得出滚子轴承在3)依据赫兹接触强度计算理论，在考虑接触的情况下，研究了圆柱滚子轴承的接4)利用大型有限元分析软件ANSYS对轴承进行了模态分析，其结果对轴承设计质Ballmillisoneofthemostimportanceequipmentsofindustrysections,suchasmetallengineering.Thistextcarriedontothebearingsonthefoundationofthree-dimensionaldesignrelatedanaly1)OnthefoundationofunderstandingBallmill·sprinciple,carrieathree-dimensionaldesigntoit,thenusethemethodoftheoriescalculationtomakeanalysisfortherelatedpartsoftheBallelementmodelofthebearingoresultofstressanddisplacementoftherotatorrollerandinner4)MakeuseofalargefiniteelementsoftwareANSYStothebearing 12概述 3 32.2球磨机主轴承改革的趋势 4 4 5 62.2.4结语 8 82.4相关理论概要 92.4.1接触力学contactmechanics 92.4.2屈服准则 2.5Pro/E技术的发展 2.6本课题研究的意义 3.2研磨体两种运动状态的假设 3.3静态下球磨机主轴承的受力分析 3.3.2筒体大齿轮受力分析 253.4.2筒体所受冲击力的确定 3.5本章小结 4主轴承有限元分析 4.1有限单元法概述 4.1.1有限单元法原理 4.1.2有限元分析软件简介 4 4.3.1内圈有限元模型的建立 4.3.2内圈应力应变分析 4.4.1外圈有限元模型的建立 4.5滚动轴承的强度研究 4.5.1载荷分析 4.5.2内外圈及滚动体的应力分布 4.5.3三元件应力分析 66 4.6.1轴承的三维实体建模 4.6.3轴承接触问题的描述 4.6.5有限元分析结果 4.6.6本节结论 82参考文献 83 11引言2部件，主轴承的失效与否直接决定了球磨机整体的正常运行。主轴承在转动运行过程中承受较大的载荷，因此计算分析主轴承危险部位的应力等相关数据，进而32概述2.1球磨机磨矿成分的矿物，而脉石就是原矿中没有使用价值的或不能利用的部分。原矿多为品位较低的矿石，例如贫铁矿石通常只含铁20%-30%,铜矿石只有0.5%-2.0%,而现代冶炼技术对矿石的品位有一定的要求，例如铁矿石的品位应高于45%-50%,铜矿石中的铜品位应高于8%等，并且有用矿物在矿石中通常是嵌布状态，嵌布粒度的大小通常为几毫米至0.05毫米，所以为了提高矿石品位、节省矿石运磨矿是在磨矿机中进行的。圆筒形磨矿机如图2.1所示，圆筒内装有各种直径的破碎介质(钢球、钢棒和砾石等)。当圆筒绕水平轴线按规定的转数旋转时，装在筒内的破碎介质和矿石在离心力和摩擦力的作用下，随着筒壁上升到一定高度，然后脱离筒壁自由落下或滚下。矿石的磨碎主要是靠破碎介质落下时的冲击的空心轴颈不断地排出，筒内矿石的移动是利用不断给入矿石的压力来实现。湿4仅供参考，支持原创，鄙视抄袭!1一筒体2一端盖3一轴承4一齿轮按照破碎介质的不同，磨矿机可以分为球磨机、棒磨机、砾磨机和自磨机。球磨机的介质是钢球或铸铁球，棒磨机的介质是钢棒，砾磨机使用的是磨圆了的硅质卵石，自磨机则是用被磨碎物料本身作为介质。在选矿工业中广泛使用的是作为粉磨设备的球磨机,目前一般采用滑动轴承作为主轴承,轴承衬采用巴氏合金材料。因其具有良好的摩擦相容性、顺应性和嵌入性，非常适合像球磨机这样消耗大量能耗。据计算,滑动轴承支承的球磨机,轴颈与轴瓦的接触面积最少达575%。传统的球面瓦滑动轴承的摩擦功耗理论上约占总装机容量的1/3。2.维修困难。滑动轴承虽然结构简单,但巴氏合金的浇铸工艺复杂，须经过巴氏合金材料的配比、熔炼、轴承底座的清洗、预热、挂锡和巴氏合金浇铸以及研刮,每道工序均有严格的技术要求，稍有不慎，即有可能引起报废。3.滑动轴承的保养复杂。由于主轴承工作时,滑动摩擦以及热物料通过空心轴的结果不断产生热量,如不及时排除，将使轴瓦温度升高,破坏润滑作用，润滑,分为动压润滑和静压润滑。油勺和强制润滑系统都属于动压润滑。这种润达不到液体摩擦润滑,而是半液体摩擦润滑。这样不但容易擦伤轴衬，缩短轴衬摩擦系数低，但必须有一套复杂且安全可靠的供油系统,保养与维护工作量大而且价格昂贵。可见,滑动轴承的维修与保养所需要的技术要求高。这对于技术力量相对薄弱的企业,确实是件困难的事情,设备的正常运行常常因此而受到(一)节能显著6在摩擦阻力的功耗,因此节能效果显著。从理论分析及生产实践中，主轴承采用滚动轴承的一般小型球磨机节电达30%～35%,中型磨机节电达15%~20%,大型球磨机节电可达10%～20%。由于球磨机本身是生产中的耗能大(二)维修方便，质量可靠【1术要求甚高的维修工艺过程以及供油、供水冷却系统,因此维修量大大减少。而且滚动轴承由于是由专业生产厂家制造,质量往往得到保证。滚动轴承维修省时(一)轴承类型的选择大,球磨机筒体弯曲变形在运行过程中将产生不同轴线挠度。而向心球面滚子轴承具有自动调心性能,可补偿筒体在动、静负荷下变形产生的轴线挠度，又具有(二)配合的选择【21负荷,中空轴与轴承内圈应采用过盈配合。过盈量取决于负荷的大小，较重的负荷取较大的过盈量。过盈量必须保证在接触面间产生的压力满足轴承受筒体轴向7空轴颈与轴承内圈的摩擦力矩，保证两者在转动过程中不产生相对滑动。但过盈量也要保证轴承的正常运行，如果过盈量过大，就会造成轴承变形严重,甚至报废。而滚动轴承外圈不旋转，承受方向固定的径向荷载，所以外圈是局部负荷。轴承外圈与轴承座的配合应选用间隙配合，轴承外圈可沿轴向滑动,也可绕轴线转动。为了补偿筒体轴向伸缩变形,把筒体的一端支承设计为自由支承。为了保证齿轮的正确啮合,不让卸料端中空轴有轴向串动，而使伸缩的预留间隙设在进料端。当筒体受热伸长后,自由端的轴承外圈可沿轴承座滑动,减少筒体及端盖(三)承载力的保证由于球磨机中空轴的尺寸是按球磨机生产能力设计的,因此选用与中空轴尺寸相应的滚子轴承的承载力偏大,即承载能力是能够得到保证的。(四)滚动轴承的润滑保养方便,操作容易。(五)滚动轴承的密封密封盖和轴承盖之间应采用轴向迷宫式密封,径向需有毛毡密封,防止外界粉尘进入,引起轴承滚道磨损加剧,使轴承温度升高，降低润滑油粘度，润滑油效果时,潮气渗入，也会使轴承锈蚀，降低轴承使用寿命。82.2.4结语成本,而且维修量大大减少,维修费用随之降低。维修操作简单方便,适合于2.3球磨机应力研究的发展现状9目前，有限元数值模拟技术通过计算机程序在工程中得到了广泛的应用。2.4相关理论概要研究两物体因受压相触后产生的局部应力和应变分布规律的学科。1881赫兹理论相关简介【3112平朗1平面2y物体日图2.2所示的两个物体的接触，在两个主平面1,2上具有不同的曲率仅供参考，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!半径。在载荷Q的作用下接触，当载荷Q为0时，接触为一点，当载荷逐渐增大，接触区域变化成一椭圆。其中p是接触物体的主曲率，分别为半径r的倒数，对于轴承沟道的凹曲面的曲率取负值。假定物体I和Ⅱ的弹性模量、泊松比分别为E₁,E₂;μ₁,μ2。由赫兹理论得最大应力为：2.4.2屈服准则A.受力物体内质点处于单向应力状态时，只要单向应力大到材料的屈服点时，则该质点开始由弹性状态进入塑性状态，即处于屈服。B.受力物体内质点处于多向应力状态时，必须同时考虑所有的应力分量。在一定的变形条件(变形温度、变形速度等)下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，质点才开始进入塑性状态，这种关系称为受力物体中不同应力状态下的质点进入塑性状态并使塑性变形继续进行所必须遵守的力学条件，这种力学条件一般可表示为又称为屈服函数，式中C是与材料性质有关而与应力状态无关的常数，可仅供参考，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2)米塞斯(Von.Mises)屈服准则所以，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。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。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!图2.3主应力空间米塞斯屈服表面——由于矢量OP=QMHMP由此可求得根据米塞斯屈服准则，当σ=Os时材料就屈服，故P点屈服时有因此，若以M为圆心，√2/36s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√2/36s,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√2/36s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。2.5Pro/E技术的发展2.5.1Pro/E软件应用仅供参考，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! 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*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*单一数据库Pro/ENGINEER是建立在单一数据库上的，即工程的资料 (Flange)、薄壳(Shell)、加强肋(Rib)及管件(Pipe)等均视为基本特征。也修改操作，如重新定义*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2.6本课题研究的意义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3.1球磨机工作原理简介图3.1球磨机组装图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。3.2研磨体两种运动状态的假设一种按静态，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3.3静态下球磨机主轴承的受力分析3.3.1电动机的选取仅供参考，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!其中Ij:第i轴与第j轴间的齿轮传动比；Z: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=nl₁₂734=16.5×8.86×5=730.95(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739r/min的电机最合适，其其额定电压10000V。现对大齿轮受力情况分析如下：由电机正常工作的功率P。及各级轴间的传递效率得：大齿轮上所承受的转矩：大齿轮所受切向力：大齿轮所受径向力：仅供参考，支持原创，鄙视抄袭!3.3.3研磨体处于静态时筒体两侧主轴承的受力分析筒体长度(考虑端盖)L=5550mm,其中L₁=7370-(7370-5550)/2=7370-910=6460mm=6.46m左侧轴承为轴承1,右侧轴承为轴承2.2)轴承配置方法的选取由于轴的跨距较大(7370mm》350mm)且工作温度较高，其热伸长量大，故应采用一支点双向固定，另一支点游动的支承结构。轴承采用双列调心滚子轴承。作为固定支承的轴承，应能承受双向轴向载荷，故轴承内外圈在轴向都要固定。作为补偿轴的热膨胀的游动轴承，由于使用的是内外圈不可分离型轴承，故只需固定内圈，其外圈在座孔内可以轴向游动，即采用一支点双向固定，另一3)轴承的受力分析G₁=[53691+(44+6)×1000]×9.8N=1016171.8NT:筒体轴所受扭矩/2=318397N-M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!其中D:筒体上大齿轮节圆直径。在水平面内：由于轴承2为固定端，轴承1为游动端，故轴承2承受轴向力，得由水平面内力平衡方程和弯矩平衡方程得：代入数据得49872×0.91+41917=7.37在竖直面内：由竖直面内力平衡方程和弯矩平衡方程得：代入数据得解得F=529533N,2=654755N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!由力的合成定理得，轴承1和轴承2所受的径向合力分别为由于研磨体视为均匀静止的分布在筒体内表面上，故轴承所受的离心力沿轴承径向相互抵消，其所受合力为0。综上所诉，筒体支承轴承1和轴承2所受径向力及轴向力分别如下：轴向力Fa₁=0N轴向力Fa₂=Fa=17875N为了更好的了解轴承2的受力情况我们做下面的进一步的分析：tana=F₂H/F,=380271654755=0.058,故得α=3.3°,即在假设研磨体处于静态时轴承在与竖直方向呈α=3.3°处的滚子受力最大。由轴承1及轴承2的承载情况看，轴承2所受轴向及径向载荷较轴承1大，故轴承2在工作过程中更危险，我们只需对轴承2进行近一步的理论校核计算或用有限元法进行相应的校核验证以便进一步对轴承做更好的优化设计。3.4动态下球磨机主轴承的受力分析3.4.1筒体所受离心力的确定球磨机在研磨体抛落式状态下工作时，筒体内的载荷(破碎介质和物料)图3.3作用在筒体上的力作用在球磨机筒体上的力有：筒体(包括衬板和齿轮)的重量，它是通过筒体中心垂直向下作用;与筒体一起做圆周运动的破碎介质和物料的重量及离心力;做抛物运动的破碎介质和物料落下后对筒体的冲击力;此外还有齿轮传动该球磨机满载正常工作时物料重量为6t,钢球重量为44t。所以其正常工力的作用下被提升到一定的高度后甩在空中，呈抛落或泄落状态，并不作用在筒仅供参考，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θ₁=(π/2)-a₂=0.47rad=26仅供参考，支持原创，鄙视抄袭!|(-0O120D745-OO6364532)—(OoE37898-O0D574416+O11万由上述计算结果可以看出物料及钢球总计50t重量中只有重量25.6t直接作其中μ=23.4°为离心力与水平方向的夹角。离心力的水平分力：CH=Ccosμ=90×1000×9.8×cos23.4⁰=809460N,离心力的竖直分力：Cv=Csinμ=90×1000×9.8×sin23.3.4.2筒体所受冲击力的确定下图3.4为动态情况下研磨体在筒体中的运动示意图磨体运动的影响略去不计。研磨体运动情况较复杂，由于最外层的钢球所产生的撞击力最大，为了研究问题的方便现以极限情况——最外层钢球的运动轨迹和碰撞情况进行分析，外层1)当球磨机在正常转速操作时，研磨体在筒体内按所在位置一层层地进行2)研磨体在筒体内的运动轨迹只有两种：4)筒体内研磨体运动情况如图3.5所示：R。为磨室内圆半径(1.505m);R为钢球球心运动圆周半径(1.455m);w为筒体运转角速度(16.5r/m)仅供参考，支持原创，鄙视抄袭!仅供参考，支持原创，鄙视抄袭!现场为n=16.5r/min,则可得w=2Nn/60=2N×16.5/60=1.73rad/s,钢球的碰撞力：欲求钢球碰撞力，必先求其脱离角a、切线角中、落着角δ及到达落点Av是钢球到达落点A时的速度钢球与衬板的碰撞按非弹性碰撞考虑，即钢球碰撞后时取钢球密γ=7.8g/cm';钢球直径仅供参考，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!按大球d=100mm考虑(磨室中的钢球实际是大、中球按比例配入的),从而变为0,碰撞过将上诉m,v,w,R,δ,△t各值代入(1)式，则得P=4.08(7.3-1.73×1.455×sin2⁰32)/(2.7×10⁴)=109957N这个碰撞力相当于钢球自身重力(40.8N)的2750倍，这是对衬板上d—研磨体球径。当研磨体抛落到衬板上时，根据牛顿第二定律，产生的冲击力F应由于轴承2为固定端，轴承1为游动端，故轴承2承受轴向力，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!由竖直面内力平衡方程和弯矩平衡方程得：代入数据得由力的合成定理得，轴承1和轴承2所受的径向合力分别为其中G₁=(53691+25.6×1000)×9.8N=777052N由于轴承自身结构特点，可视其仅承受径向力和轴向力的作用。轴承2仍然是危险的，由上可知轴向力Fa₂=17875N比较静态和动态下轴承2的受力情况可知15562/655.86=23.7,可见在考虑冲击力的情况下径向力数值生较大的变化。3.5本章小结本章通过对球磨机工作过程破碎介质运动的分析，确定了破碎介质在筒体内的运动及对轴承承载的作用情况，并抽取了物理力学模型，得到了球磨机工作状4主轴承有限元分析4.1有限单元法概述4.1.1有限单元法原理仅供参考，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!位移{O和外载{R}的关系式—总体平衡方程：式中K—整体刚度矩阵；{δ—整体节点位移；{R}—整体外载向量。整体刚度矩阵LK是由单元刚度矩阵[KY迭加形成的。单元刚度矩阵[KY三维空间单元的应变(几何)方程为：用单元节点位移表示的单元应力为：{o}=[D]{e}=[D]B][S}=[S]{8}"([B]—几何矩阵；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!B.在其它软件(如CAD)中创建实体模型，然后通过数据接口读入3)工作平面工作平面(WP)是一个参考平面，它在ANSYS前处理中可依用户要求移4)单元属性A.材料属性；B.单元类型；C:实常数。A.材料属性ANSYS所有的分析都需要输入材料属性，例如在结构分析中至少要输入材料的杨氏模量EXX,热分析至少要输入材料的导热系数KXX等。B.单元类型ANSYS单元库有100多种单元类型，其中许多单元具有好几种可选择特性来胜任不同的功能。在结构分析中，结构的应力状态决定单元类型的选择。选择维数最低的单元去获取预期的结果。对于复杂结构，应当考虑建立两个或多个不寸不低于其厚度的10倍。在整体笛卡尔XY平面内(模型必须建在此面内),由几种类型的ANSYS单元可以选用，程序提供平面应力、平面应变、轴对称结构特性。平面应力和平面应变均假定在Z轴上的应力为零，当Z方向几何尺寸远小于X和Y方向的尺寸才有效。所有载荷均作用在XY平面内。轴对称假定三维实体模型是由XY面内的横截面绕Y轴旋转360形成的，Y方向是轴向，X方向是经向，Z方向是周向(hoop),只能承受轴向载荷。C:实常数C.网格划分以前保存数据库；5)网格划分B.设定网格尺寸控制，用来控制网格密度；C.网格划分以前保存数据库；6)执行网格划分。7)模型修正删除实体模型图元(由高阶到低阶);③创建新的实体模型，代替旧的模型；④(2)求解模块—加载和求解可在实体模型或FEA模型(节点和单元)上加载。在实体模型上加载的优转化到有限元模型上(即加载到实体的载荷自动转化到其所属节点或单元上)。2)求解(3)结果后处理(模块)器：通用后处理器POST1和时间-历程后处理器POST26,通用后处理器仅供参考，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!型在不同时间段或子步历程上的结果，常用于处理瞬态和/或动力分析结果。模态分析技术作为结构动力学中的一种“逆问题”分析方法从20世纪60年代后期发展至今已经有40多年的历史了。模态分析的经典性定义是：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一的理论基础是在机械阻抗与导纳的概念上发展起来的，机械阻抗的概念早在20世纪30年代就已经形成，经过几十年的发展其理论及方法已经较为完整。特别了一套独特的理论，为模态分析及参数辨识技术的发展奠定了理论基础。由于模会造成结构的共振或疲劳从而破坏结构，所以必须了解结构的固有频率和振型可表示为：式中：[M]为质量矩阵，[C]为阻尼矩阵，[K]为刚度矩阵，均移向量；在实际工程中动载荷P(t)主要分为以下几类：于这一类；(2)冲击载荷：这类载荷在很短的时间内，种(3)随机载荷：如果载荷在将来任一时刻的数值无法事先在ANSYS的结构动力学分析中P(t)包括四种：1)模态分析：P(t)=0;2)谐响应分析：P(t)为周期载荷；3)瞬态动力学分析：P(t)为冲击载荷；结构动力学分析中的重要参数，是其它动力学分析如谐响应分析、瞬态动力学分定了非线性单元，在计算过程中也将忽略其非线性。但材料的性质可以是线性的、非线性的、各向同性的、正交各向异性的、恒定的或与温度有关的，非线性性质(1)建立模型：指定项目名称和分析标题，然后在前处理中定义单元类(2)加载及求解：定义分析类型和分析选项，施加载荷，进行固有频率(3)扩展模态：将振型写入结果文件，只有扩展模态后才能在后处理中看到振型；(4)后处理：经过扩展模态后，模态分析的结果包括固有频率、扩展的ANSYS提供了6种模态提取方法【91(1)子空间迭代法(Subspace):用于求解特征值对称的大矩阵问(2)分块法(BlockLanczos):也可用于以上的问题求解，收敛速度更快；(3)PowerDynamic法:用于非常大的模型(超过100000个自由(5)非对称矩阵法(Unsymmetric):用于求解模型生成的刚度矩阵、(6)阻尼法：有些问题阻尼不能忽略，阻尼法允许在结构中包含阻尼因4.2轴承内外圈承载区最大压力的计算(2)轴承整体的变形与平衡问题。通过有限元数值模拟可以自接快速解决，并仅供参考，支持原创，鄙视抄袭!为了保证轴承内圈承载区压力计算的正确性，现用两种算法进行论证。本满足下面函数关系(如图4.1所示):将轴承所受载荷P=15562KN和滚子承受最大压力系数4.6代入如下公式，得到滚子所受的最大载荷Q:Q=4.6×P/n=(4.6×15562)/(2×48)=7算法一：设接触区的宽度为2b,则由相关文献【101有仅供参考，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!接触区的宽度为2b=3.6mm设接触区的最大压力为qo:由相关理论得qo=√TUR+R)₁R₁R₂1-v²)/E₁+(1-V₂²)/E₂]=2676MPa,其中V₁.V₂分别为主轴承滚子和内圈的泊松比，E₁.E₂分别为主轴承滚子和内圈的弹性模量：即接触线区的压强是P=2676MPa,同理可求得外圈接触区所受压强为2666.8MPa算法二(赫兹理论):以外圈与滚动体接触为研究模型进行验证。抽象模型：根据赫兹理论视滚子与轴承外圈为一圆柱体与凹形圆柱面对压，其中滚子(即圆柱体)半径为R₁=0.041m,外圈内表面(即凹形圆柱面)半径为0.75m,滚子长度L=0.098m,则由赫兹理论得=0.418√2×746×10³×208×1O¹×0709/008×2×0041×0.75两种算法的比较：|23256-x8|/2525∈=5%,可见两种算法的差别很小，同理可证明内圈两种算法的差别亦很小。轴承内圈侧面挡边与滚子接触，经计算可得内圈挡边所受压强为根据对称规律对模型进行简化，因为轴承在工作时，各滚子负载不均等，故在进行有限元计算时，可仅选择负荷最重的滚子工作区域进行分析.考虑到这一点轴承内圈的最小对称单元的几何实体如图4.2所示，如果将此对称单元按对称规律进行扩展可得整轴承内圈几何模型(图略)2.材料模型提高计算精度，这里采用10节点四面体单元来建模。轴承内圈网格模型如图4.3所示。图4.2内圈对称几何模型AA图4.3内圈模型网格图仅供参考，支持原创，鄙视抄袭!毕业设计4.载荷及边界条件轴承载荷及边界条件的施加如图4.4所示载荷的施加以均布力的形式作用于轴承内圈与滚动体接触区域上(图中红色区域)。模型的边界条件为：考虑到轴承承受轴向力的作用对轴承一端面轴向约束，4.3.2内圈应力应变分析1.轴承内圈等效应力应变分析轴承内圈在球磨机工作情况下(考虑冲击)的应力应变情况如图4.5,4.6由等效应力图可知等效应力较大值发生在滚子与滚道接触的两端较短的距离内圈的应力水平为等效应力869MPa,则其安全系数为A=2.1,满足安全要求。体接触部分的弧度以及各自倒角形状、半径大小有密切关系11时其最大位移量为0.0621mm,该结果相对轴承部件尺寸来说很小，比较符合实际结果。八八N04.6内圈变形等值线图仅供参考，支持原创，鄙视抄袭!4.7应力应变研究区域示意图由图4.9可知：在承压区域中的线上节点的应力由应力较集中的一端向另减小，在滚子与内圈滚道接触区域的中部出现局部波峰，应力值增大到576.1NOD1=19NOD2=480图4.8应变分布曲线图STNOD2=483869.5172.409ANOD1=190NOD2=540723.141图4.11应力分布曲线图ST1为0.029×10-³,经计算仅为最大值的1%,可见中间区域应变的突变性之大，4.4轴承外圈有限元分析选择负荷最重的滚子工作区域进行分析.考虑到这一点，可只截取轴承外E=2.08E11Pa,μ=0.3,密度7800kg/m³为提高计算精度，这里采用10节点四面体单元来建模。模型网格如图约束，见图4.14。网格划分图及载荷施加图如图4.13～4.14所示：ELEMENTsELEMENTs仅供参考，支持原创，鄙视抄袭!图4.15轴承外圈等效应力分布图图4.16轴承外圈等值线图由等效应力图4.15可知，最大应力发生在约束端接触区域的边缘部位，最大值为749Mpa<1814Mpa,安全系数为2.4,满足安全要求，其它外圈滚道接触区域应力分布较均匀。由图4.16知，应变较大区域发生在远离端面约束端的外圈滚道上，最大应变值出现在接触区域中部向周边区域逐渐过度，最小应变值由应力变形曲线可知，近约束端接触区域两端应力值较大，分别为576MPa和609.7MPa,中间区域应力以波动形式逐渐增大。远约束端应力则集中在A00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!NOD2=9JUN42008图4.19远约束端应变曲线图NOD1=19NOD2=9图4.20远约束端应力曲线图4.5滚动轴承的强度研究4.5.1载荷分析弹性变形(变形量为δ),只有Fr的平衡原理有式中：Fi——第i个滚动体所受的正压力；aiFi方向与Fr之间所夹的锐角；图4.21如图4.22所示。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!图4.22转动圈与滚动体的应力分布固定圈由于固定不动，故其应力情况是亦脉动循环变力，但与转动圈及滚动体有明显不同，如图4.23所示。4.5.3三元件应力分析如图4.24所示，当某一滚动体中心运动到与轴承所受径向载荷Fr方向重合时受正压力最大。图4.24设受力最大的滚动体所受正压力为F₀,外圈滚道半径R,内圈滚道半径据赫兹接触应力理论，圆柱滚动体与内、外圈之间的接触应力呈椭圆分布，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!式中：σAA点滚动体与内圈接触点的接触应力；b——圆柱滚动体的长度；μ1、μ2滚动体与内圈的泊松比；E1、E2——滚动体与内圈的弹性模量。对于B点有：对滚动轴承而言，内、外圈及滚动体材料均为滚动轴承钢，其泊松比与弹性模量皆相同，有：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!毕业设计因而式(6)可写为：将式(2)代入式(8)得：分析(10)式，由于故触应力并不一样，内圆与滚动体之间的接触应力大些。故在生产实际中，如滚动由4.3.2和4.5.3节的分析知，滚子轴承内圈满足安全性要求，外圈较内圈安全系数大些，调整及优化空间较大，故有必要对轴承外圈做近一步的深入研4.6轴承的三维接触有限元分析机械传动部分中很重要的一环，它依靠内部各构件间的滚动接触来支撑转动零件实现运动和力的传递,其工况的好坏直接影响整机的运行,从而对整个机械系统造成直接或间接的影响。滚动轴承静力学分析可以分为两个方面:(1)滚动体与拟可以直接快速解决,并得到内外圈与滚动体接触应力分布与变形之间的关系。滚动体接触应力分布与变形之间的关系，作进一步的研究从而找到材料发生屈服时的最大承载值。该研究方法将对实际问题具有重大的理论指导意义。由4.4.1节的讨论知外圈较内圈安全系数大些，调整空间较大，现以外圈进行三维接触有4.6.1轴承的三维实体建模根据该型号轴承的尺寸,在ANSYS的前处理模块中建立几何模型，其三维实体模型如图4.25所示。对于轴承的计算,其主要工作量在接触部分,根据该型号轴承的几何特点,为节省大量资源，可取承压区最大部分进行模型抽象得采用8节点离散三维实体单元solid45,建立模型并划分网格。考虑到接触图4.26网格划分图:刚体-柔体的接触和半柔体-柔体的接触。ANSYS支持三种接触方式:点-点、点-面和面-面,该问题采用面网格较粗的面为目标面;(4)如果一个面上的基础单元(即非组成接触对的接触单元和目标单元)图4.27接触模型多角度视图4.6.4边界条件及加载仅供参考，支持原创，鄙视抄袭!为了找到轴承的内外圈与滚动体接触应力分布与变形之间的关系，并进一步研究从而找到材料发生屈服时的最大承载值，现在增大钢球所受载荷值，研究不同载荷下应力应变及其屈服情况。如下图4.29—4.32所示：仅供参考，支持原创，鄙视抄袭!仅供参考，支持原创，鄙视抄袭!径为R₁=0.041m,外圈内表面(即凹形圆柱面)半径为R₂=0.75m,滚子长度L=0.098m,则得L为钢球长度；q为均匀分布压力；经计算得在施加不同载荷时理论计算所得应力与等效云图数值如表5.1所表5.1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!ANSYS结果理论计算可见二者误差在(0.6～1.9)%之间，符合误差要求，可见该分析4.6.6本节结论针对轴承低速、重载基本特征，以ANSYS为开发工具，本文确定了低速对结构的振动影响较大,越是低阶影响越大,低阶振型对结构的动态特性起决定作用,故进行结构的振动特性的分析计算时通常取前5～10阶即可。采用Subspace模态提取法计算了主轴承内外圈和滚子的前5阶固有频率分别如表5.2,表5.3和表5.4所示。12345表5.3外圈频率表1235表5.4滚子频率12345由此可见轴承三部件的频率在数值上存在很大差距，频率值相差较大，故不容易产生共振现象，说明该轴承在振动特性的设计方面较合理。为了了解轴承部件的各阶振型变化情况，现仅以轴承内圈为例加以对比，其各阶振型变化情况如图4.33～4.37所示由振型图可见一阶振型表现为非约束端面整体沿轴向伸缩，二、三阶振型主束端面两侧中部的相对相邻区域的伸缩变形，且从各阶振型变形量角度看整形呈逐渐增大趋势。ptsazitirrptsazitirr图4.35三阶振型图4.36四阶振型W图4.37五阶振型4.8轴承的优化1)轴承内圈下部内弧表面易出现明显的变形,这是因为滚道的弧线形状使得滚动体受载后被迫沿弧线向轴承中线移动，对内圈档边有一个轴向力,使内圈外端面下降，中间位置上升，引起内圈轻微变形，表现为内圈外端面及相邻区域的应力水平比其中部高。因此适当调整滚道的弧线形状值至较佳状态会在一定程2)受载后，滚动体端面与外滚道产生接触变形,接触应力迅速增加到最相对减小，这一区域接触应力的大小方向与滚道及滚动体接触部分的弧度以及各自倒角形状、半径大小有密切关系,因此设计合适的接触弧度和恰当尺寸的倒角接触到外圈滚道表面顶部，否则滚动体同外圈之间会出现分离的总趋势。轴承初4)滚子与滚道及引导挡边的接触区域是主应力相对较大的区大的主应力值在油沟结构轮廓外缘区域上和滚道与油沟结合处。对该区域做适当5结论触和考虑接触两种情况下轴承相关部件的应力应变分析结果，并结合传统力学理行了相关计算及讨论，验证了分析结果的正确性和分析方法的可行性，同时分析了轴承部件的振动特性，这些都为轴承部件的安全性校核等方面提供了相应的理致谢面，老师都给予了我很多指导同时也提供了诸多便利，即使在老师繁忙的时间里也悉心为我指导毕业设计。老师的博学多识，严谨的治学态度以及平易近人的思惜这次锻炼的机会，今后我会在学习和工作上加倍努力，回报帮助过我的热心人，回报父母，报效祖国![1]陈铠.球磨机主轴承的改革[J].沿海企业与科技，2006,9:30-31.2003,(3):89-91.2004,14(4):1-3.[14]高兴岐.大型球磨机半外圈滚动轴承接触问题有限元分析[J].矿山机械foundationformodernization.Thesolidbaseofadirecountry'seconomicdevelopmentandcInChina,NCtechnologyandequipmentdevelopmentpriorityinrecentyearsmadeconsiderableprogress.Especiallyinthefieldofcomputer-basedNC,PC-basedplatfomfordomesticNCsystemattheforefrontoftheworld.China,however,inNCtechnologyresearchandindustespeciallyinthetechnicalinnovationcapabilityconmercializationenteredtheranksoftheadvancedcompetitionisapivotalposition,NCwillbetheresearchanddevelopmentsectorandmanufacturersarefacinganimportanttask.Toaccomplishthistask,wemustfirstmeetunit,andseveralspecificaspectsofthenewcenturdevelopmentofways. developmenttrendsandanalysisofChina'sONCproblemsinthefieldofresearch,WebelievethattechnologyinnovationleadthewaytocommercializationasthebackboneforroadofsustainabledevelopmentwouldbeaconfomingtoChina'snationalconditionsanddevelopmentofNCtechnologyindustryoverallcharacteristics,thenewNCsindustrializationprocessofeffectivetechnicalmeans.Practicehasprovedthat10yearsiscompletelycorrect.PC(includingindustechnologicalprogressandimproveperformancerapidly.andhighimprovethefunctionalNC,itcanalsomakefulluseofconmoncomputerhardwareandsoftwarehasbeensharingcomputerresourcesandthelatestresults,Iflarge-capacitycommunications.Furthermore,astheNCGeneralPCplatfomcantechnologicalprogrecorrespondingupgrading,thusmaintainithecompetitiontobeinvincible.fortheNCincreasetheforefrontofthePCcompositestructure;(2)adevelopmentofthedigitaldistributedarchitecture.ItsprogramisopticcablesforthenetworkandNCdevicetolinkupfomedacosystemofNC.Althoughtheperfomanceofthissystemisverygood,butduetodevelopmentandproductioncostsaretoohigh,therecentdifficulttobeinternallyacceptedbythemajorityofusers.Weconditionsofthebestprograms,suitableforChina'snationalconducivenotonlytoreducethecostoftheimportantly,beabletoeffectivelyimprovethereliabilityofthesystem.damesticNCsystemcandevelopthekey.AlthoughtheimpactoftheNCthehardwaremanufacturerslowerlevelofreliabilitytegreatestthreat.Previously,thedomesticNCsystemdesignforvariousneedtomulti-CPUsystemcomponents,sometimecreatinglarge-scalehardwaresystem.NCpointofhardwaremanufacturersguaranteethereliabilityofthereputationseriouslyaffected,whichmademanyusersstillhavea Therefore,weinthedevelopmentofnewNCsystem,prioribegiventoselectionofnewhigh-perfomanceCPU(suchashigh-frequencyPentiumII,PentiumIII)asasystemoperathecore,andthebestuseofONCsoftwaretfunctions.ThiswillsubstantiallyreducethesizeofthehardwAlso,thesoftwaredesign,powersupplydesign,thedesignandselectionofplug,groundingandshieldingdesignandconstruction,andotheraspectsofanti-disturbanceusinghighreliabilitydesignandmanufacturingtechnology,therebyimprovingthereliabilityofthesystem.Asanewtypeofhigh-perfomanceCPUcanreplacedozensofordinaryCFU(eg80286,PCplatfomnotonlycanfulfillthebasicNCsystemfunctions(suchasinfomationprocessing,-knife,interpolation,accelerationandcontrol,speedcontrol,vectorcontrol,etc.)mayberepresentedbythereducestheeffectivepartoftheNChardware,butalsodramaticallysizeoftheentiresysteminanNCPCplatfom,Theonlyremainimachine-drivencampaignandthepowerinterfacefeedbackinterface.alsoeliminatethebottleneckinthetransmissionofinfomationtoenhancethesystemperfomcostofthesystem,allowingthesystem(includingmotor)priceswillbeloweredtotheexistingNC50%.Clearly,thishighperformance,highreliabilityandlowcostofthenewNCcompetitiveedge,Chinaitocontribute.itselfisfullyopen,NCconstituteopensystemscomplsoftware,solongastheformulationofstandardsandprotocols,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!modulardesignandmanufactureyears,wemustvigorouslypromotethekeycomponentsforthethemostpopularmarketofkeycomponents.Butalmostallofthese seriousdirectimpactontheprecisionspindle;②contributionofrequirements;③efficiencyandTherefore,theuseofrareearthpemanentmagnetmaterialadvantages,thedevelopmentofnewhighpower,highefficiency,wideChinesecharacteristics--anewgenerationofproductsspindle.Asthetechnology,Balancingtechnicalprecisionhigh-speed,high-speedassuranceskeytechnologies.(2)low-cost,high-perfomamachinetoolstoreducethewiththenewintegrateddomestic毕业设计thecontentsofthehardwarinterface,andmakefulluseofChina'sadvantagesinresourcesHM,throughspecializedproductioncouldcostthemotordown,andtheusewillthecontents-feedservocontrolinthepricewithinafewthousandyuan,itwillbeentirelypossible.presentChinahasnotyetmatureproduct,itshouldstrengthentheresearch,developmentandapplication.Takingintoaccounttheconventionalmachinesteeringprthedevelopmentofmachine-linearasynchronousinductionmotor,applicationoftherequirementsofthenewhigh-speedprecisionfeedingsystem.Onthisbasis,furtherdevelopmentwillbedprocessingofthenecessaryspeedandaccuracy,Thisiswhywemusttransmissionchain)andNCTurntableRocker,Chinatopromotehigh-speedhigh-precisionmulti-axisONCmachinetooldevelopment.(5)high-speedhigh-prThiswillnotonlyneedrequireshighqualitytestinglinks,Soshouldonthebasisofexistingtechnologies,furtherdevelopmentof0.1μmabovethehighprecision(60m/min)andlineardisplacementsembargo.2.3ONCmachinetoolstospeedupproductionofthecountry,winNCindustry'sultimatesuccesswillbereflectedintheNational 毕业设计(GeneralNCMachine),promotingheavy(heavyequipmentwillbeonthedomesticmarkettoolsmarketupswinganefgeneraldevelopmentofONCmachinetoolshavebeenmanyarticleswerespeedONCmachinetoolsandheavofadiscussion.(1)VigorouslydevelopSpecificationsmoderate,reliability,andthepopularityofcheapermarketofthedevelopmentofONCmachinetoolsOneofthetrends,aswellasnumeroususerswantproducts,itsbroadmarketprospect.However,iftheforeignNCsystem(includingservo)thetraditionalwayofthinkingonthedevelopmentoflow-pricedmachines,itisverydifficulttokeepthepriceofuserscanreceivethelevel.Therefore,theuseofthisnewtypeofmachinetools,willbetcanbecontrolledin20million.Thislevelofdomestoolswillhaveastrongcompetitiveedge.(2)toacceleratemachinetoolsan