论文摘要
锤片式粉碎机是转子在高速旋转工况下工作的机械,如其他高速旋转机械一样,既存在静态不平衡问题,也存在旋转工况下的动态不平衡问题,这不可避免地要在运转中产生振动和噪声,从而对粉碎机的安装基础、自身结构、使用性能(能耗、效率)及工作环境带来不利影响。根据线性振动理论以及转子动力学基本理论,运用计算机有限元的方法对锤片式粉碎机转子振动模态及不平衡响应等动态特性主要问题进行了研究。分析了锤片式粉碎机的结构特点,基于有限元法的基本思想,建立了锤片式粉碎机转子的集总质量模型,给出了计算转子动力学问题的基本方程;以有限元软件ANSYS为平台,通过对各元件进行合理的简化,建立了转子—轴承系统有限元模型;对转子系统进行了模态分析,得到系统的固有频率和振型;模拟了转子的不同不平衡状态,得到转子系统在不平衡力作用下的响应特性,讨论了不平衡量大小和不平衡位置对转子系统振动的影响;校核了机座结构的强度和共振频率,得到了机座结构的静刚度值和动刚度值,分析结果表明机座刚度对整机固有频率有较大影响,且机座的水平向刚度是粉碎机转子支承刚度的薄弱环节;应用机械优化设计理论,探讨了利用有限元软件进行结构动态优化设计的一般方法,并进行了锤片式粉碎机的动态优化设计,优化效果比较显著;最后针对影响锤片式粉碎机动态特性的其它因素,提出了减振措施。所得结论为粉碎机产品的减振降噪设计以及转子的动静平衡校验提供理论依据。同时通过对锤片式粉碎机结构动态优化设计方法的研究,为今后相似类型旋转机械的动态优化设计提供一个工程参考。
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摘要Abstract目录1 绪论1.1 课题研究的目的和意义1.2 国内外研究现状1.3 课题研究内容2 锤片式粉碎机结构特点及转子的不平衡2.1 锤片式粉碎机的总体结构2.2 转子的结构特点2.2.1 转子的基本结构2.2.2 转子锤片的排列方式2.3 转子结构的静力平衡特点2.3.1 锤片与主轴无干涉转子结构静态分析2.3.2 锤片与主轴干涉转子结构静态分析2.4 锤片在转子运行过程中的受力与运动分析2.4.1 锤片在转子运行过程中的受力分析2.4.2 锤片的运动分析2.4.3 基于Pro/E Mechanism的转子锤片运动学仿真2.5 转子的不平衡2.6 小结3 基于有限元法的旋转机械动力学分析理论3.1 转子动力学研究概述3.2 有限元法与传递矩阵法优缺点比较3.3 基于有限元法的转子动力学分析模型的建立3.3.1 单元的运动微分方程3.3.2 转子系统的运动微分方程3.4 小结4 转子─支承系统有限元模型的建立4.1 有限元软件ANSYS简介4.2 转子─轴承系统有限元模型的建立4.2.1 锤片式粉碎机转子─轴承系统CAD模型4.2.2 主轴的模型4.2.3 转子其他零件（锤架板、锤片、销轴等）的模型4.2.4 主轴支承的模型4.2.5 转子-轴承系统有限元模型4.3 不同有限元模型计算精度的比较4.3.1 转子实体有限元模型4.3.2 梁-壳单元简化模型4.3.3 三种有限元模型计算精度的比较4.4 小结5 转子─支承系统模态分析及不平衡响应5.1 ANSYS振动模态分析5.2 模态分析结果5.2.1 支承刚度对转子动态特性的影响5.2.2 求解支承轴承刚度5.2.3 现有轴承支承刚度下的模态分析结果5.2.5 临界转速5.3 转子不平衡振动分析5.4 不平衡响应分析结果5.4.1 仅存在静不平衡5.4.2 仅存在动不平衡5.4.3 静不平衡与动不平衡同时存在5.5 小结6 机座刚度及动态特性分析6.1 机械结构动刚度的基本概念和计算方法6.2 锤片式粉碎机机座的结构形式6.3 机座静、动态特性分析6.3.1 机座有限元模型6.3.2 机座静力学分析6.3.3 机座动力学分析6.4 机座刚度对转子─支承系统固有频率的影响6.5 小结7 锤片式粉碎机动态优化设计7.1 优化设计理论7.1.1 优化设计的数学模型7.1.2 灵敏度分析原理7.2 基于APDL的有限元优化技术7.2.1 APDL简介7.2.2 基于APDL的粉碎机动态优化设计过程7.3 机座筋板结构选型7.3.1 常见的筋板布置型式7.3.2 筋板型式动态设计流程7.3.3 筋板选型结果7.4 机座结构动态灵敏度分析与优化7.4.1 目标函数的确定7.4.2 状态变量的确定7.4.3 设计变量的确定7.4.4 机座结构灵敏度分析7.4.5 机座结构的优化结果7.5 转子结构动态灵敏度分析与优化7.5.1 目标函数的确定7.5.2 状态变量的确定7.5.3 设计变量的确定7.5.4 转子结构灵敏度分析7.5.5 转子结构的优化结果7.6 锤片式粉碎机减振措施7.7 小结8 总结与展望8.1 总结8.2 展望致谢参考文献
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