隨著當前粉碎加工行業(yè)的發(fā)展,人們對物料粉碎加工的質量和細度要求越來越高,膠體磨機是粉碎加工行業(yè)發(fā)展過程中非常重要的設備,在各行業(yè)中均有著廣泛的應用,發(fā)展空間廣闊。但目前的膠體磨也存在著一些問題:轉定子與物料間容易產生較大的熱量,工作溫度隨之升高,易使物料變性;磨頭工作表面較易磨損,而磨損后,細化效果會顯著下降。牛磨牙具有獨特的幾何結構和良好的耐磨性,本文采用仿生設計的方法,將牛磨牙幾何特征應用到膠體磨機磨頭工作表面上,以降低其工作溫度和作用阻力,提高物料破碎效率,本文主要工作內容如下:1.牛磨牙的逆向重構。利用高精度三維掃描儀獲取完整成熟牛磨牙列的點云數據,并運用逆向工程軟件Geomagic studio對獲取的點云數據進行處理,重構牛磨牙模型,同時對其進行建模誤差分析,為仿生設計奠定基礎。2.提出一種針對動物磨牙仿生幾何形態(tài)特征確定、提取與表征的方法。研究牛牙的齒系及其分布形式,從宏觀角度描述牛磨牙的幾何結構和特征分布,結合其生理意義和作用,分析整個牙列中各磨牙牙冠幾何特征變化規(guī)律和趨勢,判辨牙列中幾何結構變化最明顯的幾何特征,初步確定仿生設計的仿生特征——齒坎和牙尖。然后運用有限元分析法,從牛磨牙的整體幾何特征和局部幾何特征兩方面,分析牛磨牙牙冠幾何特征對其咀嚼過程的影響,進一步確定仿生設計的仿生特征——齒坎。在此基礎上,采用三維軟件SolidWorks通過投影法和剖視圖法對牛磨牙齒坎特征的尺寸參數進行提取,用圓弧和直線來逼近其特征輪廓,并對仿生特征的參數進行表征。3.提出一種新型的基于牛磨牙幾何特征的膠體磨機磨頭仿生設計方法。采用牛磨牙齒坎的幾何形態(tài)優(yōu)化磨頭的工作表面,如采用齒星弧面、齒坎張角和齒坎側面傾角、齒坎尖角、齒坎次尖依次優(yōu)化工作端面、齒槽形狀(即法向壓力角α)、螺旋角β、齒槽底面,建立膠體磨機磨頭仿生模型。根據設計原則和實際加工情況,合理地選取所提取特征參數的水平,并設計相應的正交試驗,利用有限元分析進行驗證,從而設計出最優(yōu)的膠體磨仿生磨頭。仿真結果表明該磨頭能有效降低膠體磨工作溫度,減小作用阻力。4.仿生磨頭的試驗驗證。搭建膠體磨機實驗平臺,以工作溫度、作用阻力和研磨細度等為評價指標,分別對仿生磨頭與普通鋸齒形磨頭進行研磨試驗,對試驗結果進行對比分析,結果表明仿生磨頭能有效降低工作溫度和作用阻力,提高研磨細度。研究結果表明:基于牛磨牙幾何形態(tài)特征的膠體磨機仿生磨頭能有效地降低膠體磨工作溫度和作用阻力,提高物料研磨細度。
【學位單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ051.92
【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國內外研究現狀
        1.2.1 膠體磨的研究現狀
        1.2.2 牙齒仿生研究現狀
    1.3 本文的主要研究內容
第2章 基于逆向工程的牛磨牙三維掃描與模型重構
    2.1 逆向工程簡介
    2.2 基于逆向工程技術的牛磨牙牙冠數據采集
    2.3 掃描數據處理
        2.3.1 逆向工程軟件Geomagicstudio簡介
        2.3.2 點云數據處理與模型重構
    2.4 本章小結
第3章 牛磨牙幾何特征描述與分析
    3.1 牛的牙齒及其齒式
    3.2 牛磨牙列齒冠的形態(tài)特征描述及其基本功能分析
    3.3 牛磨牙形態(tài)的生理學意義
    3.4 本章小結
第4章 牛磨牙咀嚼分析與仿生幾何特征的確定
    4.1 有限元法簡介
    4.2 有限元分析軟件ABAQUS簡介
    4.3 牛牙的咀嚼運動模式與食物破碎準則
        4.3.1 牛牙的咀嚼運動模式
        4.3.2 食物破壞準則
    4.4 牛磨牙整體幾何特征的咀嚼仿真分析
        4.4.1 有限元模型的建立
        4.4.2 咀嚼仿真分析
    4.5 牛磨牙局部幾何特征的咀嚼仿真分析
        4.5.1 有限元模型的建立
        4.5.2 咀嚼仿真分析
    4.6 本章小結
第5章 膠體磨機磨頭工作表面仿生設計及其試驗驗證
    5.1 膠體磨機磨頭工作表面仿生設計
        5.1.1 膠體磨機的粉碎機理分析
        5.1.2 膠體磨機磨頭工作表面的受力分析
        5.1.3 膠體磨機磨頭工作表面仿生優(yōu)化方案的確定
    5.2 矩形齒槽磨頭研磨物料的有限元對比分析
        5.2.1 膠體磨機磨頭模型的建立
        5.2.2 仿真參數的設置
        5.2.3 膠體磨機磨頭研磨仿真分析
    5.3 鋸齒形磨頭研磨物料的有限元對比分析
        5.3.1 膠體磨機磨頭模型的建立
        5.3.2 膠體磨機磨頭研磨仿真分析
    5.4 膠體磨機物料粉碎試驗
    5.5 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表論文及參與項目

【參考文獻】

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本文編號：2859093