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磨盤實(shí)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(dòng)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(jī)殼等，其主要工作原理也基本相同。對立式磨輥機(jī)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(shí)體模型。有限元分析立式輥磨機(jī)的磨粉部分由1個(gè)磨盤和4個(gè)磨輥組成。物料經(jīng)中心進(jìn)料管落入磨盤中央，由于離心力作用慢慢移動(dòng)到磨盤邊緣，進(jìn)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(gè)碾壓過程中，物料經(jīng)過反復(fù)碾壓進(jìn)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(yùn)動(dòng)時(shí)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(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析之前先進(jìn)行強(qiáng)度分析，由磨盤的受力分析可知，4個(gè)磨輥均勻分布在磨盤上，分別給磨盤施加4個(gè)碾壓力，經(jīng)計(jì)算得4個(gè)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(jī)的輸出軸通過法蘭聯(lián)接的，所以在磨盤的底部施加一個(gè)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(gè)轉(zhuǎn)彎處，應(yīng)力集中主要在4個(gè)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(qiáng)度進(jìn)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(shí)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(jī)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(hù)工人的人身安全。磨盤在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，不斷受磨輥碾壓物料時(shí)由物料傳遞到磨盤上的力，且磨盤轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，4個(gè)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(jì)算的數(shù)據(jù)可以計(jì)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(jì)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(shí)，循環(huán)次數(shù)就達(dá)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(yùn)動(dòng)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(qiáng)度時(shí)給磨盤定義一個(gè)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(yùn)動(dòng)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(yùn)用有限元軟件的疲勞分析功能fatiguetool對磨盤進(jìn)行疲勞分析。在分析過程中的參數(shù)設(shè)置，疲勞強(qiáng)度因子為0.8，比例因子為0.005，在分析疲勞敏感性時(shí)，定義一個(gè)最小基本載荷變化幅度為50%和一個(gè)最大基本載荷變化幅度為200%的2個(gè)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(qiáng)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(jì)壽命，完全符合要求；陣列(略)指出了在每個(gè)平均值和范圍值下所計(jì)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(gè)疲勞分析完成以后，每個(gè)“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(gè)“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(shí)體的評定位置的損傷，它反映了所生成的每個(gè)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(yùn)用Pro/E三維建模軟件建立磨盤的實(shí)體模型，并利用有限元分析軟件對磨盤進(jìn)行強(qiáng)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(yuǎn)小于磨盤材料的屈服強(qiáng)度，最大位移也在合理的范圍之內(nèi)；對磨盤進(jìn)行了疲勞分析，主要是對應(yīng)力集中的關(guān)鍵部位進(jìn)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(jì)提供了理論依據(jù)。
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