【正文】 下拉式菜單和子菜單進行數(shù)據(jù)輸入和功能選擇，大大方便了用戶操作。單元剛度矩陣為：= ()三維空間單元的應(yīng)變（幾何）方程為： （）用單元節(jié)點位移表示的單元應(yīng)力為： （）式中[D]—彈性矩陣，它完全取決于材料的性質(zhì)；[B]—幾何矩陣；[S]—應(yīng)力矩陣。所謂離散化，就是用有限個方位不同但幾何性質(zhì)及物理性質(zhì)均相似的單元組成的集合體代替原來的連續(xù)體和結(jié)構(gòu)；單元分析的主要任務(wù)是建立節(jié)點力和節(jié)點位移之間的關(guān)系；整體分析的主要目的是建立以整體剛度矩陣[K]為系數(shù)的，整體節(jié)點位移和外載的關(guān)系式—總體平衡方程： ()式中—整體剛度矩陣；—整體節(jié)點位移；—整體外載向量。隨著單元尺寸的減小，即單元數(shù)目的增加，解的近似程度不斷提高，如果單元滿足收斂條件的話，近似解最終收斂于真實解。有限元法作為力學(xué)和現(xiàn)代計算機相結(jié)合的產(chǎn)物已成為復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度、剛度計算等問題的必不可少的方法和工具。4主軸承有限元分析有限單元法（The Finite Element Method）是一種可以用來求復(fù)雜工程問題近似解的數(shù)值方法。本章通過對球磨機工作過程破碎介質(zhì)運動的分析，確定了破碎介質(zhì)在筒體內(nèi)的運動及對軸承承載的作用情況，并抽取了物理力學(xué)模型，得到了球磨機工作狀態(tài)下主軸承的載荷計算值。L2+CH（L1+L2）/2+M=F1H（L1+L2） (2)代入數(shù)據(jù)得解得 F1H=416575 N F2H=442575 N豎直面內(nèi)：由豎直面內(nèi)力平衡方程和彎矩平衡方程得：F1V+ F2V= G1+ G2 + Ft+ Cv + F (3)(G1+ Cv+ F)（L1+L2）/2 + ( G2+ Ft)L2 = F1V（L1+L2） (4) 代入數(shù)據(jù)得F1V+ F2V =30983843 N113555950+152986 = F1V解得15428621 N， =15555222 N 由力的合成定理得，軸承1和軸承2所受的徑向合力分別為 15434 KN, 15562 KN其中G1=（53691+1000）=777052 N由于軸承自身結(jié)構(gòu)特點，可視其僅承受徑向力和軸向力的作用。由于軸承2為固定端，軸承1為游動端，故軸承2承受軸向力，得Fa1=0 N。注：式中各符號意義如下R1：筒體有效內(nèi)徑；R2：研磨體最內(nèi)層半徑；（根據(jù)相關(guān)文獻【8】，研磨體最內(nèi)層半徑R2=250/n2=250/()=）當(dāng)研磨體拋落到襯板上時，根據(jù)牛頓第二定律，產(chǎn)生的沖擊力F應(yīng)為:F=M‘a(chǎn)得：F=PiL/d=109957/=29688390 N.注：上訴沖擊力的計算是在視最外層鋼球的運動情況為研究對象且取極大的加速度的情況下，假設(shè)鋼球緊密排布并同時撞擊到筒體襯板上時的極限情況下做出的結(jié)論。 d—研磨體球徑。根據(jù)文獻得，取△S= lmm，則:△t =2△S/(vv’)=將上訴m，v，w，R，δ，△t各值代入（1）式，則得P=()/()=109957 NP/m=109957/()=2750 倍這個碰撞力相當(dāng)于鋼球自身重力（）的2750倍，這是對襯板上的一個鋼球落點而言。鋼球直徑按大球d =1OOmm考慮(磨室中的鋼球?qū)嶋H是大、中球按比例配入的)，從而求得m = vγ=πd3γ/6=式(1)中的△t為碰撞時間。計算m時取鋼球密γ = 7. 8g/cm39。外層鋼球取得最大打擊能量的脫離角a=cos1(1/)=54044’’Φ是鋼球落點A的拋線切線與X軸的夾角，Φ=cos1(1/)= cos1(1/)=103016’’δ是鋼球落點A的向徑與拋物線在落點A的切線間的夾角，δ=3π/2Φ354044’’=2032’’v是鋼球到達落點A時的速度v ==鋼球與襯板的碰撞按非彈性碰撞考慮，即鋼球碰撞后回彈速度v39。筒體運轉(zhuǎn)角速度： 根據(jù)最佳轉(zhuǎn)速理論，筒體工作轉(zhuǎn)速應(yīng)為：n=,現(xiàn)場為n=16. 5 r/min ,則可得w=2Πn/60=,鋼球的碰撞力:欲求鋼球碰撞力，必先求其脫離角a、切線角Φ、落著角δ及到達落點A的速度。 R為鋼球球心運動圓周半徑()。4)：R。另一種是一層層地按拋物線軌跡降落下來。為了便于簡化做如下假設(shè)：1)當(dāng)球磨機在正常轉(zhuǎn)速操作時，研磨體在筒體內(nèi)按所在位置一層層地進行循環(huán)運動。 w: 磨室的角速度物料對于研磨體運動的影響略去不計。 a: 脫離角。離心力的水平分力：CH=Ccosμ=901000=809460 N，離心力的豎直分力：CV=Csinμ=901000=350284 N。代入數(shù)據(jù)得Xc=2／=Yc=2／=，其離心力C=90t，質(zhì)心坐標 Xc=，Yc= m。由此可得積分限:θ0=（π／2）α1= rad= ,θ1=（π／2）α2==,從而得出圓周運動的破碎介質(zhì)的重量、離心力及質(zhì)心坐標分別為:G1=(γLg2(sin2θ2θcos2θ))/2w4=()(+)/(2)=；C=(4γLg2(3cosθcos3θ+3θsin3θ))/9w4=(4)/(9)=90t,Xc=(2g(sin4θ2 sin6θ/3) )/(w2(sin2θ2θcos2θ))。由已知的球磨機筒體主要技術(shù)參數(shù)：筒體有效半徑R=；取考慮端蓋斜度后的筒體長度 L=；筒體轉(zhuǎn)速n=；破碎介質(zhì)的松散比重γ=；依據(jù)參考文獻【6】【7】可得：筒體角速度w=2πn/60==,最外層脫離角：α1=cos(R1n2/900)== rad ,最小半徑脫離角:α2 =cos(R1n2/900)== ,式中R1 為最小半徑：R1 =250247。但是由于在工作狀態(tài)時有一些物料及鋼球等在離心力和摩擦力的作用下被提升到一定的高度后甩在空中，呈拋落或泄落狀態(tài)，并不作用在筒體上。該球磨機滿載正常工作時物料重量為6t，鋼球重量為44t。此外還有齒輪傳動的圓周力。與筒體一起做圓周運動的破碎介質(zhì)和物料的重量及離心力。由軸承1及軸承2的承載情況看，軸承2所受軸向及徑向載荷較軸承1大，故軸承2在工作過程中更危險，我們只需對軸承2進行近一步的理論校核計算或用有限元法進行相應(yīng)的校核驗證以便進一步對軸承做更好的優(yōu)化設(shè)計。L2+M=F1H（L1+L2） (2)代入數(shù)據(jù)得F1H + F2H=49872l+41917= F1H解得 F1H=11854 N F2H=38027 N在豎直面內(nèi)：由豎直面內(nèi)力平衡方程和彎矩平衡方程得：F1V+ F2V= G1+G2+Ft (3)G1L3+( G2+ Ft)L2 = F1V（L1+L2） (4)L3=（L1+L2）/2 (5)代入數(shù)據(jù)得F1V+ F2V =1184288 N+(32340+135777)= F1V解得529533 N， =654755 N 由力的合成定理得，軸承1和軸承2所受的徑向合力分別為 KN, KN由于研磨體視為均勻靜止的分布在筒體內(nèi)表面上，故軸承所受的離心力沿軸承徑向相互抵消，其所受合力為0。在水平面內(nèi):由于軸承2為固定端，軸承1為游動端，故軸承2承受軸向力，得Fa1=0 N。MT:筒體軸所受扭矩T=FtD／2=／2=318397N作為補償軸的熱膨脹的游動軸承，由于使用的是內(nèi)外圈不可分離型軸承，故只需固定內(nèi)圈，其外圈在座孔內(nèi)可以軸向游動，即采用一支點雙向固定，另一支點游動的配置方法。軸承采用雙列調(diào)心滾子軸承。2)=23183971000／=135777N大齒輪所受徑向力：Fr=Fttanαn／=Fttan200／=135777／=49872 N大齒輪所受軸向力：Fa= Ftη34／N=9550630／=318397(nη12現(xiàn)對大齒輪受力情況分析如下：由電機正常工作的功率Pd及各級軸間的傳遞效率得：大齒輪上所承受的轉(zhuǎn)矩：T=Pdηij——第i軸與第j軸間的傳動效率；（其具體數(shù)值可由機械設(shè)計手冊查得）根據(jù)齒輪間傳動比與齒輪齒數(shù)間的關(guān)系得：I12=Z2／Z1=5。μ==；η34=λ根據(jù)已知條件得：η01=ξ=；η12=λ所以，濕式球磨機的筒體上只作用有筒體的自重，作圓周運動的破碎介質(zhì)和物料的重量及離心力。實際上每一個研磨體沖擊筒體時是不連續(xù)的，103S以下，～。礦石的磨碎主要是靠破碎介質(zhì)落下時的沖擊力和運動時的磨剝作用。但球與筒體一起轉(zhuǎn)動而被提升到一定高度以后，因球的離心力小于球的向心力，此時，球就以初速度V(筒體的圓周速度)離開筒壁作拋物線運動，下落后重又回到圓的軌跡上。球磨機工作時由電動機驅(qū)動，通過減速器把力和轉(zhuǎn)矩傳遞給齒輪軸，再通過齒輪軸與筒體上大齒輪的嚙合把動力傳遞給筒體使其轉(zhuǎn)動，這樣在離心力和摩擦力的作用下，筒體內(nèi)物料和研磨體（鋼球）與筒體一起運動。同時在給定軸承相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上所做的軸承相關(guān)件的三維設(shè)計也為進一步做有限元分析提供了實體模型，為問題的進一步深入討論打下了基礎(chǔ)。3球磨機工作原理和主要參數(shù)計算本課題利用Pro/E三維制圖軟件對球磨機做了總體三維設(shè)計，對球磨機結(jié)構(gòu)中的零件做了結(jié)構(gòu)特征建模，通過球磨機主軸承部等各大型關(guān)鍵件的實體建?？梢宰屓藗兦宄牧私飧髁慵幕緲?gòu)造，并且可以清楚的看到它的幾何尺寸，為各零件的設(shè)計和制造提供便捷途徑，省去了對二維圖煩瑣的閱讀。要解決球磨機工作過程中的實際問題，勢必對球磨機的工作狀況有一個全面清楚的認識，這樣作出的分析才是科學(xué)有效的。從經(jīng)濟效益和應(yīng)用前景上來看，可以提高設(shè)備的利用率，大大降低生產(chǎn)成本。這樣的關(guān)鍵設(shè)備一旦發(fā)生故障，往往會給生產(chǎn)帶來巨大的影響，常常由于對故障的出現(xiàn)值估計不足，致使企業(yè)蒙受較大的經(jīng)濟損失，在球磨機的使用中，主軸承常常發(fā)生破壞失效進而導(dǎo)致整臺球磨機生產(chǎn)的突然中斷，從而造成重大經(jīng)濟損失，嚴重的還有可能導(dǎo)致人員傷亡。另外，Pro/E采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。* 模型檢查：ModelCHECK 使CAD檢查過程自動化。* 制造：高速加工的改進功能。模型檢測等原有的模塊。* 小組數(shù)據(jù)管理：具有安全多點協(xié)作功能，便于本地數(shù)據(jù)管理。* 自由形式曲面處理：使用方便的工具欄和鼠標，自由設(shè)計美學(xué)曲面和曲線。* 靈活的草繪和骨架：柔性特征可以很容易地對復(fù)雜的幾何體進行有效更改。正因為用參數(shù)式的設(shè)計，用戶可以運用強大的數(shù)學(xué)運算方式，創(chuàng)建各尺寸參數(shù)間的關(guān)系式，自動計算出模型應(yīng)有的外形，減少了逐一修改尺寸的時間，并可避免錯誤的發(fā)生。也正因為以特征作為設(shè)計的單元，因此可隨時對特征做出合理、不違反幾何關(guān)系的修改操作，如重新定義(Redefine)、重新排序(Reorder)、重新參考(Reroute)、插入模式(Insert Mode)、替換模式(Change Mode)和刪除(Delete)等。在三維實體模型或二維圖形上作尺寸修正時，其相關(guān)的二維圖形或三維實體模型均自動修改，同時裝配、制造等相關(guān)設(shè)計也會自動修改，這樣可確保數(shù)據(jù)的正確性，避免了耗時的反復(fù)修改。* 單一數(shù)據(jù)庫 Pro/ENGINEER是建立在單一數(shù)據(jù)庫上的，即工程的資料全部來自一個庫，使多個獨立用戶可以同時處理同一個產(chǎn)品的造型。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機上。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進行選擇，而不必安裝所有模塊。它增加了自由形式曲面處理等新技術(shù)，強化了建模和使用范圍。Pro /ENGINEER是一個全方位的三維產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)軟件，它集零件設(shè)計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、數(shù)控加工、鈑金設(shè)計、鑄造件設(shè)計、造型設(shè)計、逆向工程、自動測量、機構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、電路布線、裝配管路設(shè)計等功能模塊和專有模塊于一體，可以實現(xiàn)面向制造的設(shè)計(Design For Manufacturing，DFM)、面向裝配的設(shè)計(Design For Assembly，DFA)、逆向設(shè)計(Inverse Design，ID)、并行工程(Concurrent Engineering，CE)等先進的設(shè)計方法和模式。 Pro/Engineer（Pro/E）是美國參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation簡稱PTC）的軟件。 Pro/E技術(shù)的發(fā)展 Pro/E軟件應(yīng)用隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）技術(shù)逐漸成為提高工程繪圖、產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計和加工水平的主導(dǎo)力量。由于靜水應(yīng)力（包括 OM）不影響屈服，所以，以O(shè)N為軸線，以бS為半徑作一圓柱面，則此圓柱面上的點都滿足米塞斯屈服準則。 3）屈服準則的幾何描述 ——空間主應(yīng)力中的屈服平面 屈服表面 —— 以應(yīng)力主軸為坐標軸可以構(gòu)成一個主應(yīng)力空間，屈服準則的數(shù)學(xué)表達式在主應(yīng)力空間中的幾何圖形是一個封閉的空間曲面。它的描述是用主應(yīng)力表示為 （σ1σ2）2+（σ2σ3）2+（σ3σ1）2=2σS2=6K2【4】式中 σs—材料的屈服點，к —材料的剪切屈服強度與等效應(yīng)力比較，可得 所以，米塞斯屈服準則也可以表述為：在一定的變形條件下，當(dāng)受力物體內(nèi)一點的等效應(yīng)力達到某一定值時，該點就開始進入塑性狀態(tài)。2）米塞斯（