球磨机轴承设计及动态特性分析毕业设计论文0.doc

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1、毕 业 设 计设计题目：球磨机轴承设计及动态特性分析机电工程系 系 别：_ 班 级：_姓 名：_指 导 教 师：_年 月 日球磨机轴承设计及动态特性分析摘 要球磨机是冶金、建材、煤炭和化工等工业部门最重要的设备之一，本文在三维设计的基础上对轴承进行了相关分析，主要内容如下：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部件做了受力分析。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,得出滚子轴承在正常工作下的应力和变形分析结果及分布规律。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触应力。得出当内圈与滚动体运动到与轴承所受径

2、向载荷方向重合时，内圈与滚动体之间的接触应力最大，并对轴承相关部件做了有限元分析及讨论。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量的提高有一定的指导意义。关键词：球磨机；轴承；有限元；应力；变形The design and dynamic analysis for the bearing of ball millAbstractBall mill is one of the most importance equipments of industry sections, such as metallurgy, building materials, co

3、al and chemical engineering.This text carried on to the bearings on the foundation of three-dimensional design related analysis, main contents as follows：1） On the foundation of understanding Ball mill,s principle , carried on a three-dimensional design to it，then use the method of theories calculat

4、ion to make analysis for the related parts of the Ball mill .2） Under the circumstance that dont consideration contact，the finite element model of the bearing of ball mill was established.Then the result of stress and displacement of the rotator under the conditions of working and their distributing

5、 law was got.3） Beased on the theory of Hertz stress,under the circumstance that consideration contact，the contact stress of roller bearing is analysed in this paper.The result prove that contact stress between roller and inner circle is maximum when they are in the line with radial load，and bearing

6、 related components to do a finite element analysis and discussion.4） Make use of a large finite element software ANSYS to the bearing carry on modal analysis，the results will have a certain significance on improving the quality of bearing,s design.Key words: Ball mill; bearing; finite element; Stre

7、ss; displaced shape目 录1引言12概述22.1球磨机磨矿22.2球磨机主轴承改革的趋势22.2.1球磨机滑动轴承的优点与缺点22.2.2球磨机主轴承采用滚动轴承的优点32.2.3滚动轴承代替滑动轴承的设计要求42.2.4结语42.3球磨机应力研究的发展现状52.4相关理论概要52.4.1接触力学 contact mechanics62.4.2屈服准则72.5 Pro/E技术的发展82.5.1 Pro/E软件应用82.5.2 Pro/E行业优势和发展92.6本课题研究的意义103球磨机工作原理和主要参数计算113.1球磨机工作原理简介113.2研磨体两种运动状态的假设123.

8、3静态下球磨机主轴承的受力分析123.3.1电动机的选取123.3.2筒体大齿轮受力分析123.3.3研磨体处于静态时筒体两侧主轴承的受力分析133.4动态下球磨机主轴承的受力分析153.4.1筒体所受离心力的确定153.4.2筒体所受冲击力的确定173.4.3研磨体处于动态时筒体两侧主轴承的受力分析203.5本章小结204主轴承有限元分析214.1有限单元法概述214.1.1有限单元法原理214.1.2有限元分析软件简介224.1.3 ANSYS在模态分析中的应用244.2轴承内外圈承载区最大压力的计算264.3轴承内圈有限元分析284.3.1内圈有限元模型的建立284.3.2内圈应力应变分

9、析304.4轴承外圈有限元分析354.4.1外圈有限元模型的建立354.4.2外圈应力应变分析374.5滚动轴承的强度研究404.5.1载荷分析404.5.2内外圈及滚动体的应力分布414.5.3 三元件应力分析414.6轴承的三维接触有限元分析434.6.1轴承的三维实体建模444.6.2单元选择及网格划分444.6.3轴承接触问题的描述454.6.4边界条件及加载464.6.5有限元分析结果464.6.6本节结论494.7轴承模态分析494.8轴承的优化505结论52致谢53参考文献54外文资料55毕 业 设 计1 引言磨机是冶金、建材、煤炭和化工等工业部门最重要的设备之一。主轴承是这些设

10、备中的一个关键部件,它的选型及性能好坏,直接关系到磨机的作业率、能耗及生产能力。磨机主轴承处于重载、低速恶劣环境下工作,因而对其可靠性、寿命、维护及能耗都有很高的要求。轴承有两种类型:一种为滑动轴承,一种为滚动轴承。前者通常分为普通滑动轴承、动压油膜轴承和静压油膜轴承等几种。目前中小磨机一般采用普通滑动轴承,只有在大型磨机中才采用油膜轴承。滚动轴承式球磨机由于具有显著的节能效果,近年来发展很快,在新设计的圆锥球磨机中均采用滚动轴承,一些老式磨机的技术改造主要是用滚动轴承代替滑动轴承。滚动轴承正常的失效形式是滚动体或内外滚道上的点蚀破坏，这是在安装、润滑、维护很好的条件下，由于大量重复地承受变化

11、的应力而产生的。一旦遭受到点蚀破坏后，通常在运转时会出现比较强烈的振动、噪声和发热现象。因此对滚动轴承的内外圈等轴承部件进行应力和应变的分析意义显得十分重大。但解析法建立力学模型必须简化处理，解析解误差太大，而数值解就可以克服这些缺点。目前，工程技术领域内的数值模拟法，主要是有限单元法。本文采用ANSYS有限元分析软件，建立滚动轴承的有限元模型、加载求解，进行应力场分析，计算出轴承的最大应力、应变，利用ANSYS的有限元分析和计算机图形学功能，显示三维应力等值面，位移等值面等，并作相关分析讨论。球磨机是选矿工业中非常重要的设备，其主轴承部又是球磨机主体大型关键部件，主轴承的失效与否直接决定了球

12、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，进而预测轴承的失效与否，以保证其正常的运转，具有非常重要的实际意义。2概述2.1球磨机磨矿从矿山开采出来的原矿通常是由有用矿物和脉石组成，有用矿物即含有有用成分的矿物，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

13、.05毫米，所以为了提高矿石品位、节省矿石运输费用，在矿石冶炼之前必须进行选矿。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力和运动时的磨剥作用。矿石是从圆筒一端的空心轴颈不断地给入，而磨碎以后的产品经圆筒另一端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。湿磨时，矿石被水流带走，干磨时，矿石被向筒外抽出的气流带走。1一筒体 2一端盖 3一

14、轴承 4一齿轮图2.1磨机结构示意简图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球磨机和棒磨机。2.2球磨机主轴承改革的趋势2.2.1 球磨机滑动轴承的优点与缺点(一)优点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的重载、低速,并伴有冲击现象的机械设备的要求,因此在生产中已被广泛采用。(二)缺点1.能耗高。由于滑动摩擦力远远大于滚动摩擦

15、力,摩擦力引起产生大量热量,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75%。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,甚至发生“烧瓦”现象。因此主轴承还必须安装一套冷却装置。球磨机的滑动轴承的润滑,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。这种润滑油膜的形成