相似理论在振动筛系列化设计中的应用

作     者：白长玉 

作者单位：济南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋方臻

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：相似理论 系列化设计 振动筛 量纲分析法 正交试验 有限元法 

摘      要：相似设计理论的提出在一定程度上促进了产品的改进和创新。现今这一理论被应用在很多方面,如流体力学、传热学、船舶力学以及航空动力学等问题,但是这一理论在振动筛设计方面的应用却很少。本课题主要针对振动筛,基于相似理论进行相似系列化设计研究,找出振动筛的系列化设计方法,进而提出振动筛的相似设计条件。振动机械产品系列化设计工作量很大。本文将相似理论引入系列化设计工作,以某一特定产品为原型(以振动筛为例)进行系列化设计,推导出了振动筛的相似准则,使得系列化设计变得更科学有效。具体研究方法和内容主要有以下几个方面:⑴研究相似理论为指导思想的产品系列化设计方法,讨论了国内外相似设计的研究现状,分析了相似设计理论的发展方向,指出了相似理论在振动筛系列化设计方面的可行性及其经济效益。⑵在讨论了相似理论三定理的基础上,分析了三种相似准则推导方法,即定理分析法、方程分析法和量纲分析法。总结了三种分析方法的优点与不足,最终确定了用量纲分析法作为振动筛相似准则的推导方法。⑶通过量纲分析法对振动筛的物理参数进行了相似准则的推导,并建立了量纲矩阵。通过量纲矩阵得到了π因子,并进一步建立了各个物理参数的相似常数表达式。以不同截面形状的悬臂梁为例,验证了各个物理参数相似常数的正确性。然后,分析了影响振动筛性能的主要参数,通过优选这些参数,得出最佳的原型。最后,根据相似比r及相似常数,建立了相似模型振动筛。⑷运用有限元软件,对模型振动筛和原型振动筛进行模态分析,得到前六阶固有频率与振型。并通过推导出的相似常数进行差异性计算,得到了模型振动筛与原型振动筛的差异值,通过分析,造成这种差异性的原因是模型简化、增加结构件和支持筋板。最后通过谐响应分析,得到了模型振动筛在频率为16Hz工况下的动应力和应变,通过与原型振动筛的对比,验证了相似准则以及相似常数的正确性。而且应变满足许用值。⑸通过分析振动筛性的运动学参数以及设计参数,选取振幅A和激振频率f和板材厚度d作为试验因素进行正交试验,得到了9组试验数据。数据处理和方差分析表明,在所研究参数变化范围内,振幅A对振动筛性能影响最大,其次为板材厚度d,激振频率f影响最小。因此,在尽量降低振动筛生产成本的前提下,通过正交试验分析,得到了最优设计方案是激振频率为16HZ、振幅为4.5mm和板材厚度为10mm。