zh三辊卷板机关键零件有限元结构分析毕业设计论文.doc
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1、 毕 业 论 文题 目: 三辊卷板机关键零件有限元结构分析 学院: 机械工程学院 专业:机械设计制造及其自动化 班级: 学号: 学生姓名: 导师姓名: 完成日期: 2014年6月6日 诚 信 声 明本人声明:1、本人所呈交的毕业设计(论文)是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果;2、据查证,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,毕业设计(论文)中不包含其他人已经公开发表过的研究成果,也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料;3、我承诺,本人提交的毕业设计(论文)中的所有内容均真实、可信。作者签名: 日期: 年 月 日毕业设计(论文)任务书 题目: 三辊卷板机关键零件有限元结构分析 姓
2、名系 机械工程 专业 机械设计制造及自动化 班级 学号 指导老师 谭加才 职称 副教授 教研室主任 一、 基本任务及要求: 1.查阅有关三辊卷板机结构分析文献15篇以上,分析三辊卷板机结构分析的现状和常用方法,写出文献综述。 2.建立三辊卷板机各关键零部件的三维实体模型。 3.根据三辊卷板机的工作原理和工作过程,进行三辊卷板机的典型工况载荷分析。 4.对关键零件机架、辊轮进行有限元强度、刚度分析,得到最大应力、最大的变形和危险位置。 5.撰写毕业论文,字数15000以上。 二、 进度安排及完成时间: 2.233.10:熟悉课题、查阅文献资料 3.113.24:撰写文献综述、开题报告 4.14.
3、10:零、部件的三维建模 (4月份完成毕业实习) 4.114.20:典型工况载荷分析 4.215.1:辊轮分析 5.25.15:支架分析 5.165.26:撰写毕业论文 5.275.31 根据指导老师评阅意见进行修改 6.36.7:毕业答辩 目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 机械对称式三辊卷板机基本概况21.1.1三辊卷板机的工作原理21.1.2三辊卷板机的工作过程21.1.3三辊卷板机的发展趋势与结构分析的现状41.2方案的确定51.3 课题的主要内容与技术方案6第2章三维实体建模72.1 基本参数及各零部件载荷72.1.1基本参数内容72.1.2设计参数72.1.3
4、关键零部件实体模型11第3章 有限元法与各零部件静力学分析133.1有限元法简介133.1.1有限元法基本原理133.1.2 solidworks有限元分析步骤133.2各零部件静力学分析143.2.1静力学分析的步骤143.3上辊静态分析143.3.1施加约束和载荷143.3.2 划分网格153.3.3 静力分析结果163.4 下辊静力学分析193.4.1施加约束和载荷193.4.2 划分网格193.4.3 静力分析结果203.5 支架静力学分析223.5.1施加约束和载荷223.5.2划分网格233.5.3静力学结果分析23第4章 三辊卷板机辊轮和支架的模态分析274.1 模态分析概述27
5、4.1.1模态分析的步骤274.1.2模态分析的意义284.2上辊轮的模态分析294.2.1划分网格和施加约束条件294.2.2 结果分析294.3下辊轮的模态分析334.3.1划分网格和施加约束条件334.3.2结果分析344.4支架的模态分析384.4.1划分网格和施加约束条件384.4.2结果分析39第5章 三辊卷板机辊轮的疲劳分析465.1 上辊疲劳分析前处理465.1.1 疲劳分析结果465.2 下辊疲劳分析485.2.1 疲劳分析结果48结 论51参考文献52致 谢53三辊卷板机关键零件有限元分析摘要:本设计是基于solidworks simulation软件来对三辊卷板机关键零部
6、件进行分析。与传统的计算分析相比,计算机有限元分析方法能更加快捷和精确的得到结果。设置正确的模型、划分合适的网格,并合理设置求解过程,能够准确的获得分析模型各个部位的应力、变形等结果。对零件的设计和优化有很大的参考作用。设计前部分详细阐述了卷板机上、下辊及支架结构设计和受力分析。在该结构中上辊下压提供压力,两下辊做旋转运动,为卷制板材提供扭矩。设计后部分首先通过solid works建立三维模型,然后分析了三辊卷板机的上辊和下辊及支架的静力,得出了它们的应力、位移、安全系数图解;然后分析了上辊和下辊及支架的模态,得出了它们在不同频率下的振动图;然后分析了上辊和下辊及支架的疲劳,得出了它们的寿命
7、、疲劳安全系数图解等。 关键词:卷板机;三维建模;solidworks simulation;动静态分析IIThree roller bending machine key component FEAAbstract:The key parts of three roller bending machine is analyzed based on the Solid-works Simulation software, In this design. Compared with the traditional calculations analysis, Computer finite el
8、ement analysis method can be more efficient and accurate results. Setting the correct model, dividing the appropriate grid and setting a reasonable solution process, It can accurately get the analysis results of the stress、deformation , Which are the parts of model, and so on. The design and optimiz
9、ation of the software have great reference value about the component.During the front part of the design, The rolling machines upper roller、lower roller and bracket were described by structure design and the stress analysis in detail. In this structure the upper roller pressure to provided pressure,
10、 The lower two roller did revolution sport , for the sheet material provided moment。The last part,Firstly by Solid-Works to built 3D model. Then analyzed the static of three-roller bending machine,s upper roller、lower roller and bracket ,Obtaining their stress level、displacement、safety coefficient d
11、iagram. Then analyzed the modal of upper roller、lower roller and bracket , Obtained their vibration diagram under different frequencies. And then analyzed the fatigue of upper roller、lower roller and bracket, it was concluded that their life and fatigue safety coefficient diagram, etc. Key words: Pl
12、ate bending rolls; 3d modeling; Solid-works Simulation; Dynamic and static analysis 第1章 绪 论目前国内三辊卷板机的设计主要采用经验和类比设计,在实际工程应用中,由于超载,市场上卷板机曾发生机架和滚轮的强度和刚度不够等现象,也存在着机械干涉,工作辊使用寿命短、维修频繁、工艺性差、能耗大等问题,卷板机的工作辊应有足够的刚度,在最大载荷的工况下应能保证其工作精度要求,要保证这些大吨位、高精度卷板机的正常工作,首先应该在设计辊轮和机架时必须保证有足够的强度和刚度,同时也要考虑工况载荷时的振动情况。为了更好、更精确地
13、设计出卷板机,缩短设计生产周期,可以运用当今运用较为广泛的有限元分析软件solidworks simulation进行模拟、动态、仿真等分析,根据分析结果,可以求出辊轮及机架的静力、模态及疲劳分析,检验卷板机使用寿命、短强度、刚度是否合格。由于大多数实际复问题难以得到准确解决办法,然而有限元不仅计算精度高、通用性强,还适应各种复杂形状,因而成为一种丰富多彩、应用广泛、实用高效的数值分析法。总之有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。而在众多类型卷板机中,机械对称式三辊卷板机是目前应用最为广泛的卷板机之一,它可将金属板材卷成圆形、弧形和一定范围内的锥形工件,广泛地用于造船、锅炉、航空、水
14、电、化工、金属结构及机械制造行业,被各大商家认可。本章就某一款典型机械式对称三辊卷板机(如图1-1所示)为例,阐述三辊卷板机的工作原理,工作过程,及其发展的现状和趋势等。图1-1 W11系列机械对称式三辊卷板机1.1 机械对称式三辊卷板机基本概况1.1.1三辊卷板机的工作原理卷板机的运动形式可以分为主运动和辅运动两种形式。主运动是指构成卷板机的上辊和下辊对加工板材的旋转、弯折等运动,主运动完成卷板机的加工任务。辅运动是卷板机在卷板过程中的装料、下料及上辊的升降、翘起以及倒头架的翻转等形式的运动。机械对称式三辊卷板机主要有左右机架、上下辊轮、床身、油缸、电气和液压系统、主传动系统等组成。上辊在两
15、下辊中央对称位置作垂直升降运动,两下辊作旋转运动,在卷取钢板时,由于上辊的压力,使支承在两个下辊上的板材形成三点弯曲。因此板材的成型过程可以看成是三辊卷板机对板材做连续的三点弯曲的过程. 对称式三辊卷板机的卷板过程可分为下压和滚弯两个过程。在下压过程中通过中心辊的下压使板料产生弹塑性变形;在滚弯过 图1-2 W11系列机械对称式三辊卷板机工作原理程中两侧辊是驱动辊,通过两侧辊的驱动以及侧辊和板料之间的摩擦力使板料送进。这样板料t的各部位都将经历相同的三点弯曲过程,从而得到想要的曲率半径。如图1-2所示(a)、 (b)、(c)分别表示下压前、下压后和滚弯后。1.1.2三辊卷板机的工作过程加工时将
16、被加工板材的一端送入三辊卷板机的上、下轧辊之间,然后对上辊施加一向下的位移,使位于下方的板材部分因受压而产生一定的塑性弯曲变形。当下辊被驱动作回转运动时,由于板材与轧辊之问存在摩擦力,所以当轧辊转动时板材也就沿其纵向运动。当板材依次通过上辊的下方即变形区时,应力超过屈服极限,则将产生塑性变形。板材也就获得了沿其全长的塑性弯曲变形。适当调整轧辊之间的相对位置,就可以把板材弯成半径不小于上辊半径的任意值。其缺点在于对称式的机器不能弯卷板材的全部长度。板材两端有略小于两个下辊之问距离之半的长度仍然是直的,因此板材保持直挺的两端在弯卷之前需要先在专门的预弯边机上加以预弯。三辊卷板机利用卷板机对板料进行
17、连续三点弯曲的过程,如图1-3(a)、(b)、(c)、(d) 所示,卷板工艺过程大致分为4步:图 1-3 W11系列机械式对称三辊卷板机工作过程(1)预弯(a):板材两端有略小于两个下辊之问距离之半的长度仍然是直的,因此板材保持直挺的两端在弯卷之前需要先在专门的预弯边机上加以预弯。卷板时平板两端各有一段长度由于接触不到上辊而不发生弯曲,称为剩余直边,工艺上将平板开始弯曲的最小力臂叫做理论剩余直边,对称式三辊卷板机剩余直边为两下辊中心距的一半。但为避免板料从滚筒间滑落,实际剩余直边常比理论值大。一般对称弯曲时为板厚620倍。由于剩余直边在校圆时难以完全消除,并造成较大的焊缝应力及设备负荷、容易产
18、生质量和设备事故,故需应对一般板料进行预弯,使剩余直边接近理论值,常用的预弯方法有:凡可以进行不对称弯曲的卷板机或带弯边垫板的对称三辊卷板机都具有弯边的能力。1)采用压力机模压预弯。a)2)用托板在滚圆机内预弯。b)a)用压力机模压预弯 b)用托板在滚圆机内预弯图 1-4 钢板预弯示意图(2)对中(b):对中的目的是使工件母线与辊轴平行,防止产生扭斜。(3)卷筒(c):卷筒是产品成形的主过程,分为一次进给与多次进给。进给次数取决于工艺限制条件(如冷卷时不得超过允许的最大变形率)及设备限制条件(如不打滑条件和功率条件)。冷卷回弹量显著时,须加一定得过卷量。(4)矫圆(d):矫圆的目的是尽可能是整
19、圆曲率均匀一致,提高产品质量。一般矫圆分三个步骤:1)加载:根据经验或计算将辊筒调到所需的最大矫正曲率位置。2)滚圆:将辊筒在矫正曲率下滚圆12圈(注意滚卷焊接区)使整圆曲率一致。3)卸载:逐渐卸除载荷,使工件在逐渐减小的矫正载荷下多次滚卷。1.1.3三辊卷板机的发展趋势与结构分析的现状国内卷板机的发展趋势为:(1)随着我国化工、锅炉、压力容器等行业向大型化发展,卷板机正向加工对象为厚板、特厚板、高强度板、复合板等的大型、特大型水平三辊卷板机方向发展。同时,由于剩余直边短节省材料、成形精度、效率高,大型四辊卷板机也得到发展;(2)油罐车、储油罐等行业的快速发展,要求小型卷板机向薄边、特长型、多
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