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机械合金化振动磨的动力学分析与应用研究

时间:2020-09-19 12:40

  机械合金化是一种新型制备合金材料的方法,其工作原理是利用磨筒和磨球的高能碰撞、冲击运动,使得两种以上金属粉末发生相变。常用的机械合金化设备有行星球磨机、搅拌球磨机、振动球磨机(振动磨),其中振动磨的研磨效率最高,对振动磨刚体及散体的动力学分析是研究振动磨工作机理的关键,对选择合适的机械合金化参数具有重要的参考价值。本文将以QM-3A型高速摆振球磨机为研究对象,主要从刚体和散体两方面进行动力学仿真分析,并进行初步的实验研究。首先,从刚体角度建立磨筒的运动学和动力学模型,分别运用齐次坐标变换和Lagrange方法推导六自由度动力学方程,仿真分析了磨筒的振动形态和振动轨迹,发现磨筒的运动轨迹是椭圆形摆动,磨筒截面内径向各点的振动轨迹变化较大;其次,从散体角度建立磨筒和磨球的刚散耦合模型,针对不同配比组合的偏心轴转速、偏心距,及磨球大小、个数,仿真计算磨球的平均受力、磨筒的受力以及磨球的动能,发现磨筒在低转速、高振幅以及大小磨球组合的工况下有利于机械合金化的发生;最后,利用高速摄像的方法对球碰撞的微观过程进行实验研究,提取了单球自由落体时与桌面接触、弹出等瞬间的速度和位移,据此计算了磨球的法向接触刚度,与理论计算的法向接触刚度进行对比发现,刚度数据的量级相同但有数值误差,初步探讨了实验方法的可行性。本文从刚体和散体两方面对振动磨进行了动力学仿真分析,为机械合金化的机械参数设置提供理论依据;并应用高速摄像进行了初步的实验研究,计算了单球的法向接触刚度。其他机械参数如装球量、球料比等,可在后面的研究中继续进行仿真分析;实验部分可以通过增加实验数据、安装力传感器来减小实验误差,并继续使用高速摄像进行微观参数研究。

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