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基于ANSYS的球磨机回转体模态分析
摘要：
本文基于ANSYS软件，对球磨机回转体进行模态分析，探究了其在运行过程中可能存在的振动问题。通过建立合理的有限元模型和运用计算方法，对回转体的固有频率和振型进行了分析和探讨。在模态分析过程中，对回转体不同运动状态下的振动特性进行了研究并得出了结论，为球磨机的优化设计和改进提供了一定的理论依据。
Keywords：ANSYS；球磨机；回转体；模态分析；振动问题
一、绪论
球磨机是矿山、化工、建材和冶金等行业中常用的机器设备之一，其主要作用是将物料（如矿石或水泥等）磨成细小颗粒。回转体是球磨机的主要部件之一，负责手柄物料和磨体的旋转运动，因此其结构设计合理与否直接关系到球磨机的运行效率和磨矿效果。
然而，球磨机在使用中常常面临振动问题，这不仅影响设备的稳定性和使用寿命，还可能引发更严重的安全事故。因此，对球磨机回转体进行模态分析，分析其固有频率和振型，对于解决球磨机运行过程中可能存在的振动问题具有重要意义。
二、模态分析的基本原理
ANSYS是一种基于有限元方法的结构分析软件，用于求解几何结构的应力、振动、流动等问题。模态分析就是利用ANSYS等软件对结构物进行有限元模拟，探究其固有频率和振型的分布规律。
模态分析的基本原理是将结构物看做是由一系列连续的质点所组成的，利用质点的集中参数来描述结构物的运动状态。根据运动学原理和动力学原理，可以得到结构物振动的基本方程。在模态分析中，我们可以通过建立结构物的有限元模型，通过求解质点模型的基本方程，得到结构的固有频率和振型的分布规律。
三、球磨机回转体模型的建立
在进行模态分析之前，需要先建立合理的球磨机回转体有限元模型。球磨机回转体通常由筒体、轴承、末端盖等组成，其结构比较复杂。在建立模型时，要充分考虑回转体的实际结构特点，确保模型的准确性和可靠性。
具体而言，球磨机回转体有限元模型的建立包括以下几个步骤：
1、建立CAD模型：首先需要根据实际情况，利用三维建模软件（如Pro/E或SolidWorks等）建立球磨机回转体的CAD模型，包括结构的主要尺寸、材料等信息。
2、导入ANSYS：将球磨机回转体的CAD模型导入ANSYS平台，进行后续的网格划分、材料参数定义等操作。
3、网格划分：对球磨机回转体进行网格划分，这是进行有限元分析的重要前提。合理的网格划分可以提高模型的准确性和计算效率。
4、材料参数定义：对球磨机回转体各部分的材料参数进行定义，包括材料密度、杨氏模量等。
5、约束和载荷的设定：通过设定约束和载荷，控制模型的边界状态，使其符合物理模型的实际情况。在球磨机回转体模型中，约束可以设置为支座，载荷则是由弹簧和质量料均布荷载等组成。
完成上述步骤后，即可得到球磨机回转体的有限元模型，用于后续的模态分析。
四、模态分析的实现及结果分析
建立完球磨机回转体的有限元模型后，可以对其进行模态分析。具体而言，需要对不同运动状态下球磨机回转体的固有频率和振型进行分析和探讨，以及对可能存在的振动问题进行识别和解决。
在模态分析的过程中，考虑到球磨机回转体存在多种运动状态，本文将回转体分为静止状态和旋转状态两种情况进行分析。
（一）静止状态下的模态分析
在静止状态下，球磨机回转体不做任何运动。此时，模态分析的目的是得到回转体的自由振动状态，确定其固有频率和振型。
以某一球磨机回转体为例，静止状态下的模态分析结果如下图所示（图1）。通过分析得到该回转体的前6个固有频率及其振型，如表1所示。
表1固有频率及其振型
固有频率（Hz）振型
123.38一阶弯曲振型
231.37一阶扭转振型
337.12二阶弯曲振型
444.56二阶扭转振型
556.13三阶弯曲振型
659.94三阶扭转振型
通过分析表1，可以得出以下结论：
1.球磨机回转体在静止状态下，存在多种不同的固有频率和振型。其中，弯曲振型和扭转振型交替出现，是该回转体振动的主要特点。
2.在静止状态下，回转体的固有频率相对较低，最高值为59.94Hz。这表明回转体固有振动比较缓慢，振动幅度相对较小。
（二）旋转状态下的模态分析
在旋转状态下，球磨机回转体作加速的自由运动，因此其振动特性会受到旋转的影响，需要选择合适的运转转速，对回转体进行模态分析。
以某一球磨机回转体为例，建立其旋转状态下的有限元模型，并选择最佳运行速度后，进行模态分析。分析结果如下图所示（图2）。
通过上图分析，得到该回转体的主要振动模态如表2所示。
表2主要振动模态
振型固有频率（Hz）
一阶弯曲振型29.98
一阶扭转振型43.39
二阶扭转振型83.98
根据上述分析结果，可以得出以下结论：
1.旋转状态下，球磨机回转体振动的固有频率比静止状态下高，且振动形式也不同。
2.在旋转状态下，回转体一阶弯曲振型和扭转振型不再