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1、涡轮分级机虚拟设计与运动仿真研究本科学生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）随着现代技术的发展，工业应用对超细粉体技术与工艺提出了越来越高的要求，不仅要求粉体超细，而且粒径分布要窄。在粉碎过程中，往往只有一部分粉体达到粒度要求，如不将已经达到要求的产品及时分离出去，而与未达到粒度要求的产品一起再粉碎，则会造成能源浪费和部分产品的过粉碎问题。此外，颗粒细化到一定程度后，出现粉碎与团聚的现象，甚至因颗粒团聚变大而使粉碎工艺恶化。因此，在超细粉体制备过程中必须对产品进行分级，一方面控制产品粒度处于所需的分布范围，另一方面使混合物料中粒度已达到要求的产品及时分离出来，使粗颗
2、粒返回再粉碎，以提高粉碎效率降低能耗。随着所需粉体细度的提高和产量的增加，分级设备的技术要求也越来越高，粉体分级问题已成为制约粉体技术发展的关键，是各国粉体技术中最主要的操作单元之一。目前涡轮式气流分级机是国内矿物加工、建材（如水泥）、化工、粮食加工、食品、医药等行业干法粉体制备系统中最为重要的设备之一。分级机性能的好坏，不但决定着产品质量，同时也明显影响着系统能耗。当前各行各业对粉料的要求越来越高，因而对分级设备提出了更高的要求，不仅要求节能和分级效率高，而且要求成品的颗粒级别满足特定的要求。现代高技术和新材料产业的迅速发展，要求超细粉体加工技术也要与时俱进，不断发展。近年来，国内外关于微细
3、粉体精密分级的应用性研究迅速发展，开发了适合于各种粒径的微细粉体的分级机。然而，我国的超细粉体分级技术面临着巨大的挑战，具体表现为：（1）起步晚、起点低，总体水平与先进国家相比尚有一定的差距，远远不能满足工业生产的需求。（2）超细分级设备发展缓慢，制造工艺落后，精度不高，技术集成度较低，设备配套性能较差。（3）基础理论研究较少，缺少全面系统的理论研究，设计力量不足，研发不够，缺少创造性；实用新型专利多，发明专利少，具有独立自主知识产权的超细分级机少之又少。（4）设备的档次与品牌，尤其是自动控制、机电一体化方面与国外差距过大，加工能力不强，设备陈旧，在国际市场上缺乏竞争力。（5）产品稳定性差，设
4、备缺乏国家标准，没有行业标准。正是在这样的技术背景下，国内新的分级技术与设备层出不穷。就超细颗粒分级而言，通常有干法和湿法两种分级方式。湿法分级因超细产物的脱水与干燥以及废水处理等较难处理的问题，因而应用较少。干法分级，目前大多采用气力分级。干式气力分级技术在目前占居着主导地位，就基本型式可概括为二类：一是内部无回转运动件，仅设置简单惯性结构件。气流在惯性力场和较弱的离心力场中分离微粉。如旋风式、惯性式、通过式、CPC式和GCFC式等，其结构简单,但选粉效率较低（35%65%）。二是内部设置回转运动件，利用高速回转体上的叶片、撒料盘等产生强大的离心力场对物料进行离散和分选，如MS型、O-Sep
5、a型、TSU型、Sepax型和ATP型等，结构虽复杂，但分级效率高（65%90%），分级粒径易于调节。粉体机械及装备的传统的研发途径基本上是在借助经验数据的条件下通过几何上的放大或缩小来实现设备规格（如产量等）上的变化，但随着经济的发展，市场对产品规格的需求趋于多样化，单凭经验数据实现产品规格上的变化已远不能满足市场的需求；另一方面，任何设备规格上的变化都必然导致系统发生或多或少的变化，系统的放大或缩小绝非是简单的“几何相似”，这时就要求研究人员对设备系统的内在规律性有一个比较深的把握，从而更好的指导宏观上的设计，并以仿真软件校验新设计，进一步修改满足设计要求。本文就是掌握分级机工艺流程和工作
6、原理的基础上，在PRO/E系统中，深入分析150型涡轮式气流分级机的工作原理及结构特点，建立其三维模型，并进行虚拟装配与零部件干涉检测，优化设备结构，同时对分级机主轴进行应力分析，为提高分级机性能打下基础，最后在3ds Max中完成分级机工作过程仿真。我们知道，计算机仿真技术、虚拟制造技术以其高效率、低成本的优势已在航空航天、汽车、船舶等领域取得了累累硕果，但将虚拟制造、计算机仿真技术和粉体机械及装备设计相结合，在国内还处在尝试阶段，建立在工程数据和虚拟现实技术基础上的数字化产品，不仅为学科的发展提供了新的研究手段，也是今后粉体机械及装备数字化的发展方向。2、基本内容和技术方案涡轮分级机虚拟设
7、计与运动仿真研究：本次设计要求对一单轮分级机，其涡轮（分级轮）直径为150mm的分级机作相应的三维建模，并在此基础上，实现设备的虚拟装配，进行主要零件的应力分析；同时实现该装置的工作过程虚拟仿真。设计的整个涡轮式气流分级机主要由进料系统、排料系统、动力系统、主分级室和二次进风室组成。关键部件涡轮是一个特殊的转子型驱动器，转子的外圆周上安装一定数量的叶片。该分级机设置反冲气套使进入分级机的全部粉料均经过分级叶片，主要工作参数涡轮转速通过专设的变频调速器进行无级调节，空气流量通过调整排风门的开度而改变。涡轮式气流分级机是根据物料颗粒大小不同，在旋转气流场里受到离心力大小也不同的原理进行分级。涡轮在
8、筒体内高速旋转，形成一个宽度为H的分级区域，空气从外部引入，在分级区中心有一个排风机产生的轴向抽吸力即空气曳力，使筒体内形成负压，其中涡轮中心的负压最低，待分级机的物料被负压抽吸带到涡轮外边缘附近形成分级区，同时，由于涡轮作高速旋转，使气流成螺旋状向涡轮中心运动。本设计的基本内容：1）掌握该超细粉体分级机应用的工艺流程；2）掌握分级机的工作原理和结构组成；3）熟悉建模软件Pro/E，实现分级机的三维建模、虚拟装配与零部件的干涉检测，并在此基础上进行结构改进和主要零件的应力分析；4）熟悉动画制作软件3ds Max，实现分级机工作过程的运动仿真。本文的技术路线：选择三维建模与动画制作软件分级机三维
9、实体建模虚拟装配与零部件干涉检测分级机工作过程仿真结构改进与应力分析研究工作原理与结构分析3、进度安排第1-5周：查阅设计相关资料，翻译查阅的英文文献，完成开题报告。第6-8周：了解涡轮式气流分级机的结构组成和工作原理，完成分级机零部件及总体的三维建模，并进行整机的虚拟装配与零部件的干涉检测。第9-11周：运用Pro/Mechanica对分级机主轴进行应力分析。第12周：运用3ds Max软件制作分级机工作过程仿真。第13-15周：撰写毕业设计论文，做好答辩的准备工作。第16周：毕业设计答辩。4、指导教师意见 在查阅了大量相关技术文献资料的基础上，完成了开题报告的撰写。开题报告撰写认真、规范，
10、内容详细，所述技术内容清晰，技术路线可行，进度安排合理，很好的完成了开题报告的撰写任务，达到了预期的目标。同意开题，并进入论文研究阶段工作! 指导教师签名： 叶涛2012年 3 月 15 日 目 录摘 要1Abstract21 绪论31.1 分级的概述31.1.1 分级的定义31.1.2 分级的分类31.1.3 分级的作用31.1.4 分级的工艺流程41.2 超细分级设备的研究动态41.3 涡轮式气流分级机的概述51.3.1 结构组成及特点51.3.2 工作过程61.3.3 工作原理61.4 论文选题的目的意义及主要工作72 分级机零件三维实体建模92.1 Pro/Engineer软件概述92
11、.2 零件的三维建模102.2.1 Pro/E三维零件建模的基本步骤102.2.2 轴类零件的三维建模112.2.3 大带轮的三维建模122.2.4 箱体零件的三维建模132.2.5 涡轮底盘的三维建模142.3 本章小结153 分级机虚拟装配、干涉检测与结构改进163.1 分级机的虚拟装配163.1.1 虚拟装配的意义163.1.2 虚拟装配的方法163.1.3 部件装配173.1.4 总体装配183.2 干涉检测概述183.3 进气孔干涉检测与结构改进193.4 涡轮与反冲气套间隙干涉检测与结构改进203.5 本章小结224 基于Pro/Mechanica的分级机主轴应力分析234.1 P
12、ro/Mechanica概述234.2 分级机主轴应力分析234.2.1 应力分析软件选择234.2.2 模型简化234.2.3 材料的定义244.2.4 施加载荷及约束244.2.5 分析结果254.3 本章小结265 基于3ds Max的分级机工作过程仿真研究275.1 3ds Max软件概述275.2 分级机工作过程的仿真研究275.2.1 仿真软件选择275.2.2 仿真的意义275.2.3 实体模型的导入275.2.4 装配与拆卸过程仿真295.2.5 工作过程仿真295.3 本章小结316 结论与展望326.1 结论326.2 展望32参考文献33致谢34摘 要随着技术的进步和科技
13、的发展，各工业领域对粉料的要求越来越高，因而对分级设备也提出了更高的要求，不仅要求节能和分级效率高，而且要求成品的颗粒级别满足特定的要求。因此利用信息技术、计算机仿真技术与现代测试技术对传统的粉体机械及装备进行改造与革新，可以大大促进粉体技术的研究和应用开发水平的提高，同时也是粉体机械及装备数字化的发展方向。近年来，国内外关于微细粉体精密分级的应用性研究迅速发展，开发了适合于各种粒径的微细粉体的分级机。涡轮式气流分级机作为一种特殊的流体分级机械，是“超微粉体材料”生产制造的主要工艺设备，在超微粉体加工和分级方面均有着极为重要的作用。为了改进涡轮分级机的功能作用，进行性能优化升级设计，必须首先对
14、该设备的结构组成特征与工作机理进行研究。结合分级轮150mm型涡轮式气流分级机的研究开发，本文致力于完成了如下相关研究分析工作：（1）在Pro/E中创建分级机的三维实体模型，直观地分析其零部件及装配体的结构形式与装配关系；（2）进行分级机零部件的干涉检测研究，发现二维图设计存在的缺陷，对分级机各零件结构进行改进；（3）使用Pro/Mechanica对三维实体模型进行应力分析，为今后的结构优化设计打下基础；（4）采用运动仿真技术实现了平面二维图纸难以表现的设备运动过程，这样可以根据设备的运动仿真状态所表现的问题对初始设计进行时时修改，大大的缩短了设备的开发周期，降低研发成本，提高工作效率。关键词
15、：涡轮式气流分级机；Pro/E；干涉检测；应力分析；运动仿真AbstractAs technology advances and science develops, the requirements of various industrial areas on the powders are getting higher and higher, thus, they put forward higher requirements for the classification equipment, which require not only high energy efficiency and classification efficiency, but also the finished particles level to meet specific requirements. Therefore, the use of
