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汇报人:

2024-01-24

基于ANSYS的采煤机截割部扭矩轴有限元分析

目

录

CONTENCT

引言

采煤机截割部扭矩轴概述

基于ANSYS的有限元分析模型建立

扭矩轴有限元分析结果与讨论

扭矩轴结构优化设计与改进建议

结论与展望

引言

采煤机是煤矿生产中的关键设备，其截割部扭矩轴是承受截割载荷的重要部件，其性能直接影响采煤机的稳定性和生产效率。

随着煤矿开采深度的增加和采煤机功率的提升，截割部扭矩轴受力情况更加复杂，对其进行有限元分析有助于优化设计和提高可靠性。

基于ANSYS的有限元分析方法可以模拟实际工况下扭矩轴的受力情况，为扭矩轴的设计和制造提供理论支持和技术指导。

国内外学者在采煤机截割部扭矩轴有限元分析方面已经取得了一定的研究成果，但主要集中在扭矩轴的静力学分析和疲劳寿命预测等方面。

随着计算机技术的发展和有限元分析方法的不断完善，采煤机截割部扭矩轴的有限元分析正朝着更加精细化、高效化和智能化的方向发展。

未来，基于大数据和人工智能技术的有限元分析方法将在采煤机截割部扭矩轴的设计和优化中发挥更加重要的作用。

本研究采用基于ANSYS的有限元分析方法，对采煤机截割部扭矩轴进行受力分析和优化设计。

首先，建立扭矩轴的三维模型，并进行网格划分和边界条件设置；然后，施加截割载荷和约束条件，进行求解计算；最后，对计算结果进行分析和评估，提出优化设计方案。

在研究过程中，将采用实验验证和数值模拟相结合的方法，对有限元分析结果的准确性和可靠性进行验证。同时，还将探讨不同材料、不同截面形状和不同制造工艺对扭矩轴性能的影响规律。

采煤机截割部扭矩轴概述

结构

工作原理

扭矩轴主要由轴体、轴承、齿轮等部件组成，其中轴体是扭矩传递的主要承载部件，轴承用于支撑和定位扭矩轴，齿轮则用于传递动力和扭矩。

在采煤机截割部中，扭矩轴通过轴承和齿轮与截割电机和截割头连接，形成一个传动系统。当截割电机启动时，其产生的扭矩通过齿轮传递给扭矩轴，扭矩轴再将扭矩传递给截割头，从而驱动截割头进行旋转截割。

扭矩轴需要满足一定的强度、刚度、耐磨性和耐腐蚀性要求。具体来说，其强度应能够承受工作过程中的最大扭矩和冲击力；刚度应保证在传递扭矩时不会产生过大的变形；耐磨性应能够抵抗长期工作过程中的磨损；耐腐蚀性则应能够抵抗工作环境中的腐蚀介质。

性能要求

在设计扭矩轴时，需要遵循一定的设计标准和规范。例如，需要按照采煤机的功率和转速要求来确定扭矩轴的尺寸和参数；需要按照相关标准来选择合适的材料和热处理工艺；需要按照设计要求来进行结构设计和优化等。同时，还需要进行必要的有限元分析和试验验证，以确保设计的合理性和可靠性。

设计标准

基于ANSYS的有限元分析模型建立

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强大的求解器

丰富的材料库

多物理场耦合分析

强大的后处理功能

ANSYS支持结构、流体、电磁等多物理场的耦合分析，能够模拟复杂的工程问题。

软件内置了丰富的材料数据库，可以方便地定义材料的物理属性和本构关系。

ANSYS具备高效的求解器，能够处理大规模的有限元模型，提供快速准确的计算结果。

软件提供丰富的后处理工具，如应力、应变、位移等云图显示，动画演示等，方便用户直观地查看和分析计算结果。

原理

建立几何模型

定义材料属性

有限元分析是一种数值计算方法，通过将连续体离散化为有限个单元，对每个单元进行分析，再将结果组装得到整体结构的响应。

根据实际问题建立结构的几何模型。

为模型定义材料的物理属性和本构关系。

网格划分

施加边界条件和载荷

求解计算

结果后处理

将几何模型离散化为有限个单元，形成网格。

选择合适的求解器进行计算。

为模型施加约束和载荷条件。

对计算结果进行可视化处理和数据分析。

结果后处理

定义材料属性

为扭矩轴定义材料的弹性模量、泊松比、密度等物理属性。

施加边界条件和载荷

根据实际工况，为扭矩轴施加约束和载荷条件，如固定约束、扭矩载荷等。

求解计算

选择合适的求解器进行计算，得到扭矩轴的应力、应变、位移等响应结果。

根据扭矩轴的实际尺寸和形状，在ANSYS中建立三维几何模型。

建立几何模型

网格划分

对扭矩轴进行网格划分，选择合适的单元类型和网格密度，以保证计算精度和效率。

对计算结果进行可视化处理和数据分析，如应力云图、位移云图等，以评估扭矩轴的性能和安全性。

扭矩轴有限元分析结果与讨论

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在静态分析中，通过施加相应的边界条件和载荷，得到了扭矩轴的应力分布和变形情况。

结果显示，在最大扭矩作用下，扭矩轴的最大应力出现在轴肩处，且未超过材料的许用应力。

扭矩轴的变形主要表现为扭转角变形和轴向变形，其中扭转角变形较大，但仍在允许范围内。

通过动态分析结果与实验结果进行对比，发现两者具有较好的一致性，进一步验证了有限元分析的可行性。

针对分析结