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磨盤實體模型的建立立磨的類型很多，結(jié)構(gòu)和功能各有特色，但基本結(jié)構(gòu)大同小異，它們都具有傳動裝置、磨盤、磨輥、噴口環(huán)、液壓拉伸裝置、選粉裝置、潤滑系統(tǒng)、機殼等，其主要工作原理也基本相同。對立式磨輥機的工作原理、過程和基本構(gòu)造有一定的了解后，根據(jù)某廠的磨盤尺寸，應(yīng)用Pro/E建模軟件建立磨盤的三維實體模型。有限元分析立式輥磨機的磨粉部分由1個磨盤和4個磨輥組成。物料經(jīng)中心進料管落入磨盤中央，由于離心力作用慢慢移動到磨盤邊緣，進入碾磨軌道，在磨輥與磨盤間碾壓粉碎，并在磨盤上形成料床。在整個碾壓過程中，物料經(jīng)過反復(fù)碾壓進一步地粉碎，物料主要受到磨輥的壓力和磨盤與磨輥之間相對運動時產(chǎn)生的剪切力，所以物料主要是沖擊粉碎和剪切粉碎，其磨輥與磨盤之間的受力如圖所示。
磨盤的材料為ZG35，其基本屬性參數(shù)：彈性模量為2e5MPa，泊松比為0.3，密度為7800kg/m3，許用應(yīng)力為250MPa。在進行疲勞強度分析之前先進行強度分析，由磨盤的受力分析可知，4個磨輥均勻分布在磨盤上，分別給磨盤施加4個碾壓力，經(jīng)計算得4個碾壓力均為16.5MPa，分別作用在121.3mmx630mm的小長條上，又由于磨盤是直接與電機的輸出軸通過法蘭聯(lián)接的，所以在磨盤的底部施加一個固定約束如圖所示。由Workbench分析結(jié)果可知磨盤應(yīng)力集中的地方在磨盤外側(cè)第2個轉(zhuǎn)彎處，應(yīng)力集中主要在4個受力面下面的拐角處，如圖中有小圓圈的位置就是應(yīng)力集中的位置。另外，利用有限元分析軟件對磨盤的強度進行分析，可得最大應(yīng)力為22.727MPa，最大位移為0.19522mm，最小安全系數(shù)為11。
金屬構(gòu)件經(jīng)過一段時間交變應(yīng)力的作用后發(fā)生的斷裂現(xiàn)象稱為“疲勞破壞”，簡稱疲勞。在靜應(yīng)力作用下，機械零件的失效形式主要是斷裂和塑性變形。在變應(yīng)力作用下，構(gòu)件的主要失效形式是疲勞斷裂。所以對大型構(gòu)件做疲勞分析是非常有必要的，不僅可以更了解構(gòu)件的受力疲勞情況，而且可以預(yù)防減少工程意外的發(fā)生，保護工人的人身安全。磨盤在轉(zhuǎn)動過程中，不斷受磨輥碾壓物料時由物料傳遞到磨盤上的力，且磨盤轉(zhuǎn)動一圈，4個磨輥在磨盤上碾壓循環(huán)一圈，所受的力是有周期性的，根據(jù)前面給定的參數(shù)及計算的數(shù)據(jù)可以計算出磨盤受力的循環(huán)次數(shù)，再利用Ansys有限元分析軟件計算出磨盤的最大使用壽命、疲勞敏感性、安全系數(shù)及損傷等相關(guān)數(shù)據(jù)與曲線。先由材料的特性可知該材料的S-N曲線，其循環(huán)次數(shù)與變交應(yīng)力的列表，如表所示。由S-N曲線及列表分析可知，隨著應(yīng)力水平的降低，循環(huán)次數(shù)(壽命)迅速增加。當(dāng)應(yīng)力為86.2MPa時，循環(huán)次數(shù)就達到了600萬次，磨盤的最大應(yīng)力為從前面的分析可知，磨盤在運動的過程中是循環(huán)的，有周期性，但所受的力是不均勻的，所以就導(dǎo)致了磨盤振幅是不恒定的，但假設(shè)是比例載荷的情況，就要在分析磨盤的疲勞強度時給磨盤定義一個不恒定的振幅載荷歷程數(shù)據(jù)及平均應(yīng)力對其的影響。
根據(jù)磨盤運動情況及受力環(huán)境的分析，在Ansys中選取比較合理的不恒定的振幅載荷歷程數(shù)據(jù)及平均應(yīng)力對其的影響曲線圖(Ansys系統(tǒng)中已定義的)，運用有限元軟件的疲勞分析功能fatiguetool對磨盤進行疲勞分析。在分析過程中的參數(shù)設(shè)置，疲勞強度因子為0.8，比例因子為0.005，在分析疲勞敏感性時，定義一個最小基本載荷變化幅度為50%和一個最大基本載荷變化幅度為200%的2個交互應(yīng)力。可以得到疲勞敏感性特性曲線(略)。從分析結(jié)果可以得出，應(yīng)力幅在0-57MPa，平均應(yīng)力在56.71-114MPa。又由疲勞敏感性曲線可以看出曲線的主要變化在80%-120%，變化范圍還是圍繞強度分析出的等效應(yīng)力在變化，最大的可用壽命為1.17e6，大于其設(shè)計壽命，完全符合要求；陣列(略)指出了在每個平均值和范圍值下所計算的循環(huán)次數(shù)，較高值表示這些循環(huán)的將出現(xiàn)在載荷歷程中，在一個疲勞分析完成以后，每個“豎條”(即循環(huán))造成的損傷量將被繪出，對于“雨流”陣列中的每個“豎條”，顯示的是對應(yīng)的所用掉的壽命量的百分比。雨流圖中顯示cyclecounts絕大多數(shù)是在低平均應(yīng)力和低應(yīng)力幅下的；損傷陣列(略)顯示的是指定的實體的評定位置的損傷，它反映了所生成的每個豎條損傷的大小。損傷矩陣圖所示，只有小部分在高應(yīng)力幅下的損傷最大，依據(jù)PerMiner法則，如果損傷累加到1(100%)，那么將發(fā)生失效。顯然，損傷累加并沒有到1，所以并未發(fā)生疲勞失效。
運用Pro/E三維建模軟件建立磨盤的實體模型，并利用有限元分析軟件對磨盤進行強度分析，得到了磨盤應(yīng)力集中的具體位置和最大應(yīng)力為22.727MPa，遠小于磨盤材料的屈服強度，最大位移也在合理的范圍之內(nèi)；對磨盤進行了疲勞分析，主要是對應(yīng)力集中的關(guān)鍵部位進行疲勞分析，這樣得出的數(shù)據(jù)更有說服力。初步確定了磨盤的使用壽命及疲勞和損傷主要發(fā)生在低應(yīng)力幅和低平均應(yīng)力的情況下。這就為以后的設(shè)計提供了理論依據(jù)。
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