【摘要】：機(jī)械合金化是一種新型制備合金材料的方法,其工作原理是利用磨筒和磨球的高能碰撞、沖擊運(yùn)動,使得兩種以上金屬粉末發(fā)生相變。常用的機(jī)械合金化設(shè)備有行星球磨機(jī)、攪拌球磨機(jī)、振動球磨機(jī)(振動磨),其中振動磨的研磨效率最高,對振動磨剛體及散體的動力學(xué)分析是研究振動磨工作機(jī)理的關(guān)鍵,對選擇合適的機(jī)械合金化參數(shù)具有重要的參考價值。本文將以QM-3A型高速擺振球磨機(jī)為研究對象,主要從剛體和散體兩方面進(jìn)行動力學(xué)仿真分析,并進(jìn)行初步的實(shí)驗(yàn)研究。首先,從剛體角度建立磨筒的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型,分別運(yùn)用齊次坐標(biāo)變換和Lagrange方法推導(dǎo)六自由度動力學(xué)方程,仿真分析了磨筒的振動形態(tài)和振動軌跡,發(fā)現(xiàn)磨筒的運(yùn)動軌跡是橢圓形擺動,磨筒截面內(nèi)徑向各點(diǎn)的振動軌跡變化較大;其次,從散體角度建立磨筒和磨球的剛散耦合模型,針對不同配比組合的偏心軸轉(zhuǎn)速、偏心距,及磨球大小、個數(shù),仿真計(jì)算磨球的平均受力、磨筒的受力以及磨球的動能,發(fā)現(xiàn)磨筒在低轉(zhuǎn)速、高振幅以及大小磨球組合的工況下有利于機(jī)械合金化的發(fā)生;最后,利用高速攝像的方法對球碰撞的微觀過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,提取了單球自由落體時與桌面接觸、彈出等瞬間的速度和位移,據(jù)此計(jì)算了磨球的法向接觸剛度,與理論計(jì)算的法向接觸剛度進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn),剛度數(shù)據(jù)的量級相同但有數(shù)值誤差,初步探討了實(shí)驗(yàn)方法的可行性。本文從剛體和散體兩方面對振動磨進(jìn)行了動力學(xué)仿真分析,為機(jī)械合金化的機(jī)械參數(shù)設(shè)置提供理論依據(jù);并應(yīng)用高速攝像進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)研究,計(jì)算了單球的法向接觸剛度。其他機(jī)械參數(shù)如裝球量、球料比等,可在后面的研究中繼續(xù)進(jìn)行仿真分析;實(shí)驗(yàn)部分可以通過增加實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、安裝力傳感器來減小實(shí)驗(yàn)誤差,并繼續(xù)使用高速攝像進(jìn)行微觀參數(shù)研究。
【學(xué)位授予單位】：河北科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TF37
【圖文】：

河北科技大學(xué)碩士學(xué)位論文是德國 RETSCH 公司和 FITSCH 生產(chǎn)的廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)、樣品研究制備、顆分析等領(lǐng)域的一系列市場化產(chǎn)品[7]。國內(nèi)典型的行星式球磨機(jī)有鄭州東方機(jī)器廠的 LXM 系列螺旋行星球磨機(jī)、南京特輪新儀器有限公司銷售的 BXQM 系列球、南京馳順科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 PMUW 系列高性能雙向行星式球磨機(jī)以及大學(xué)儀器廠生產(chǎn)的適合科研和實(shí)驗(yàn)室小批量生產(chǎn)的 QM 系列球磨機(jī)。

（a）JQM35-S 型 （b）立式攪拌球磨機(jī)圖 1-2 攪拌式球磨機(jī)圖 1-2（a）所示的是咸陽金宏通用機(jī)械有限公司生產(chǎn)的 JQM-S 型升降式攪（Attrition ball milling，ABM）[29]。該類型球磨機(jī)安裝有雙速攪拌軸，對于磨物料可以選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速而達(dá)到最佳的研磨效率和研磨效果。針對球磨度急劇上升的問題，該類球磨機(jī)在球磨罐和內(nèi)膽安裝了冷卻層并且在外部卻器。圖 1-2（b）是長沙天創(chuàng)粉末技術(shù)有限公司生產(chǎn)的一種實(shí)驗(yàn)室攪拌球磨機(jī)[30是操作簡單，研磨效率高。這種立式攪拌球磨機(jī)的攪拌桿可以自動升降，的自由翻轉(zhuǎn)可以使研磨更加劇烈。定時、調(diào)速等裝置的安裝更加為研磨工便利使操作更加容易，冷卻裝置為研磨溫度提供了有效的控制而避免了意振動式球磨機(jī)振動球磨機(jī)是一種機(jī)械合金化常用的設(shè)備，也常被稱為振動磨。其主要靠磨筒產(chǎn)生振動，從而帶動磨球在磨筒內(nèi)做高速自轉(zhuǎn)和低速公轉(zhuǎn)，磨球通過

（a）MTI 公司產(chǎn)品 （b）QM 系列擺振球磨機(jī)圖 1-3 振動式球磨機(jī)MSK-SFM-3 高速振動球磨機(jī)(Vibration grinding mill,VBM)[32]是由 MTI 公司生產(chǎn)制造的用于實(shí)驗(yàn)室研究和制造的振動球磨機(jī)，如圖 1-3（a）所示。MSK-SFM-3 是一款緊湊型高速振動球磨機(jī)，適用于干式或濕式粉磨，內(nèi)置機(jī)械計(jì)時器，可計(jì)時 0~12分鐘。球磨過程會使球磨罐溫度升高，MTI 公司為球磨機(jī)配置了便攜式現(xiàn)場空調(diào)冷卻機(jī)，以使球磨罐保持較低的溫度，從而提高使用壽命。如圖 1-3（b）所示，南京大學(xué)儀器廠的 QM 系列高速擺振球磨機(jī)[33]在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)下通過主軸、偏心軸在彈簧的作用下實(shí)現(xiàn)球磨罐的高速擺動和振動，罐內(nèi)的磨料在磨球的高速撞擊下短時間內(nèi)磨細(xì)和混合。該系列球磨機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、外觀好、效率高、使用方便，是較為理想的實(shí)驗(yàn)室機(jī)械合金化制備設(shè)備。（4）滾動球磨機(jī)滾筒球磨機(jī)又可稱為管式球磨機(jī)，主要靠球磨罐的高速轉(zhuǎn)動使得磨球和物料碰撞以至物料粉碎并且混合。臥式筒式球磨機(jī)是礦山磨礦主要設(shè)備，臥式筒式球磨機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如：結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)量大、運(yùn)行平穩(wěn)可靠等[34]。但是臥式筒式球

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本文編號：2800660