如何简化球磨机的结构设计

有限元分析是针对实际模型而进行的分析，因此，建立一个准确的物理模型是进行分析的基础。通常情况下，有限元模型包含单元、节点、边界和载荷条件、材料属性等这些用来表示实际模型的特征。在有限元分析时要对原始模型做一些必要的简化，但整体几何形状和实际外形基本一致。在有限元建模时有直接法和间接法两种方法，直接法是直接按照结构的外形生成节点和单元，但是只是适用于简单的结构建模。间接法适用于外形复杂的几何结构，该方法是先通过点、线、面等建立几何模型，再进行网格画分。可见这两种方法的本质是相同的，最后都是生成节点和单元。但是对于球磨机这样复杂的结构，采用的是间接法建模。

球磨机整体由回转体和地基基础共同组成，其中筒体由进出料口、两个锥形端盖和一个滚筒组成，出料端连接有大齿轮和圆筒筛。可见，球磨机回转体部分不包括圆筒筛和大齿轮是中心对称机构，虽然其几何模型规则，但是筒体内还有衬板，整体来说是一个复杂的物理模型。

所以在有限元建模时，要适当地采取一些简化措施，才能保证有限元计算工作的顺利进行。模型简化的程度主要取决于分析的目的。因为本文主要是针对球磨机地震响应的分析，所以在建立模型的过程中，对模型做了以下几个方面的简化。

1、因主要是分析球磨机在地震作用下的整体加速度响应值，所以略去了很多次要构件。由于目前大型服务器还不是很普遍，电脑单机有限元计算能力有限，所以对于传动装置里的电动机、减速器、慢速驱动装置和轴承罩等零件做了省略处理。只分析球磨机回转体这一主要构件，可以达到分析球磨机地震响应的目的。

2、在有限元实际建模时，去掉了螺纹孔、倒角等这些不影响计算结果的因素。同时由于衬板镶嵌在球磨机内部，在建模时也没有建立筒体中的衬板、中空轴内部的衬套等，而是在施加载荷约束时将其重量按照等效密度的方法加到相应的位置上，以达到重力补偿。

3、对于地基基础采用原尺寸建模，不做简化处理。

4、大齿轮也不是这次分析的重点，因此把大齿轮简化为具有实际厚度的面单元。对于带动大齿轮的小齿轮也做了省略处理，因为在受到地震作用时小齿轮对磨机整体影响很小。

5、止推装置关系到球磨机筒体和地基基础的链接，同时在 Nastran 软件中不能对装配体进行反应谱分析，所以在有限元软件Nastran中用RBE2 单元来代替止推装置。该RBE2只限制球磨机轴向方向，这样即符合实际情况，又可以很好的在有限元软件中进行反应谱计算。

6、球磨机筒体通过两端中空轴的轴颈支撑在滑履轴承的油膜上，所以对于滑履轴承采用简化处理，即用Nastran 软件中的RBE2单元来代替八块轴瓦。只是限制其竖直方向，轴向方向放开，符合实际使用时的情况。

经过这样的简化，在进行有限元计算时可以节省很多计算机资源，同时又能保证所需的计算精度，能够达到分析球磨机加速度响应的目的，合理的简化将大大提高计算效率。