三辊卷板机关键零件有限元结构分析毕业设计论文(编辑修改稿)

三辊卷板机关键零件有限元结构分析毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

W11122020 12 2020 265 500 240 200 310 11 405014201610 W11122500 12 2500 265 5 750 280 240 360 11 500015001300 W11123000 12 3000 265 5 650 280 240 360 11 550015001300 W11162020 16 2500 265 5 750 280 240 360 11 4500150 01300 W11162500 16 2500 265 5 750 330 240 360 11 500015001300 W11163000 16 3000 265 5 900 340 280 440 11 630016001900 W11202020 20 2020 265 5 750 280 240 440 11 450015001300 W11202500 20 2500 265 5 850 340 280 490 15 560016001900 W11252020 25 2020 265 5 850 340 280 490 22 510016001900 W11252500 25 2500 265 900 380 300 600 30 600046002150 W11302020 30 2020 265 900 380 300 600 30 550014602150 W11303000 30 3000 265 5 1200 480 400 600 37 740023002600 6 课题的主要内容 与技术方案 利用有限元软件 solidworks simulation的结构分析模块对 W11系列三辊卷板机关键零部件进行有限元分析。 通过建立三辊卷板机关键零部件的几何模型、有限元模型，对关键零部件模型进行静态分析、模态分析、疲劳分析，学会对有限元分析结果进行分析和优化。 具体的技术方案 如下： （ 1）研究 W11 系列机械对称式三辊卷板机 相关技术参数 和模型特点， 为分析提供相应的 理论 基础； （ 2）利用 solidworks simulation 对 上 下 辊轮 支架 进行 静力学分析 ， 分析其结构在力作用下的应 力 应变 变形位移分布规律 及 安全系数 ， 下辊 与上辊轮的分析结果进行比较，看哪根辊轮受力较大， 并根据分析结果进行静力强度较核 ； （ 3） 利用 solidworks simulation 对 上 下 辊轮 支架 进行模态分析， 分析 其结构 的振动特性，找出振动中危险的位置 ， 上 下 辊轮分析结果比较 ； （ 4）利用 solidworks simulation 对 上 下 辊轮 支架 进行 疲劳 分析 ， 分析其结构在交变应 力作用下的 生命 、 破坏 和 安全系数图解 ，并根据分析结果进行 图解交变应力响应曲线 分析 ，注意 SN 曲线的选择。 研究卷板机 的相 关技术参数 、模型特点 关键零部件 solidworks模型 基于有限元分析软件 solidworks simulation进行有限元结构分析 有限元 结果 分析 图 15 技术方案流程图 7 第 2 章三维实体 建模 本课题旨在 运用 solidworks simulation 有限元分析软件对三辊卷板机的机架、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，解决实际生产中应注意的问题，所以其他无关零部件在本课题中未有显示，运用三维实体建模软件 solidworks 只对三辊卷板机机架、辊轮建模，并组装。 基本参数 及 各零 部件 载 荷 基本参数 内容 根据 板料 工艺用途及结构类型来确定 棍子的大小，从而制造卷板机。 基本参数是 卷板机 的基本技术数据， 它反映了 它的 工作能力及特点，也基本上定下了 它 的轮廓尺寸及本体总重。 另外，基本参数也是用户选购时的主要数据。 机械对称式三辊卷板机 的基本参数 包括 以下内容 ： （ 1） 辊轮长度及直径 ：指 卷板机最终组装后的长度和直径尺寸 ，它反映了 卷板机 的主要工作能力 ，如能滚弯板料的长度、宽度、厚度等方面； （ 2） 左右机架 ： 体现卷板机辊轮旋转正常工作时能承受辊轮的重量及震动的能力； （ 3） 下辊间距 ：指 卷板机正常工作时两 下辊中心间距离， 应根据工件成型 后的半径 来确定，它直接影响整个机架的 宽 度 ； （ 4）工作台尺寸：指工作台面上可以利用的有效尺寸，它取决于模具的平面尺寸工艺过程 及辊轮直径 的 尺寸； （ 5） 线性力载荷 ： 卷板机压弯板材时的力载荷； （ 6） 材料属性 ： 指 密度、弹性模量、泊松比等； （ 7） 许用应力： 指 辊轮材料的最大受力载荷； 设计参数 （ 1） 已知设计参数 此卷板机用于卷制屈服极限为 130MPa～ 160MPa 低碳钢。 8 表 21主要技术参数 卷板机 技术性能 单位 数 据 上辊轮长度 L mm 3000 上辊轮直径 1d mm 240 上辊轮材料 Q235 下辊轮长度 L mm 2710 下辊中心矩 L mm 310 下辊轮直径 2d mm 200 下辊轮材料 Q235 辊轮的工作长度 L mm 2050 板厚  mm 12 板宽 B mm 20200 辊轮弹性模量 E Mpa 202000 辊轮屈服应力 σ s Mpa 235 辊轮泊松比 辊轮密度 p ㎏ /m3 7860 辊 轮 许用应力 Mpa 157 机架高度 H mm 1557 机架厚度 W mm 150 机架材料 Q235 机架弹性模量 E Mpa 202000 机架泊松比 机架密度 p ㎏ /m3 7860 卷圆最小直径 mind mm 500 板料相对强化系数 K0 9 表 22板材强化系数表 材料号 K0 LCr18Ni9Ti,lCr18Ni12Ti 6 10,15,20 10 25,20g,22g,Q235A,12Cr1MoV,15CrMo 30,35 14 15Cr,20Cr,20CrNi σ s＜ =800Mpa的高强度合金钢板 20 注：对其它钢材可按 K0= 计算，其中为伸长率 （ 2） . 所求设计 参数 上辊轴直径：   ~ dd a  =140mm 下辊轴直径：   ~ ddc  =120mm 最小卷圆直径 ：   an DD ~ =500mm （ 3） . 确定卷板机压力 参数 因在卷制板材时，板材不同成形量所需的压力、功率也不相同，所以要确定所受压力及 弯矩 ， 而最大压力、最大弯矩产生于板材弯成最小卷圆时 ： 板材的弯曲力矩与作用在下辊上的力2F 的力矩平衡，由此可求得上、下辊的受力：（见图 21） （ 1） （ 2） （ 3） 图 21 轴辊受力分析  sin2 RMF  tan21 R MF )2(2sin 2dRl 10 式中 ： R—— 弯曲最小半径 ，产生于卷圆最小时。 R= 22min d M—— 弯曲力矩， M=sWrkk  )2( 01。 k1为形状系数，矩形断面取 k1=； r 为相对半径， r=R/ ； W 为横截面的断面模数， W= 62B ； l—— 两下辊中心距； 1）板料成型 最大是 的基本参数 R= 2 5 621225 0 022m in  d mm r= 12256R =21mm W= 422 1220206 B mm )2202056(2 310)2(2s i n2 dR l  2）板料变形为 100%时的最大弯矩 M M= 7401 )212 ()2(  sWrkk Nmm 3） 上下辊所受压力 F 下辊的力 2F ： 572 3 5 3 5 6 in   R MFN 上辊的力 1F ： 571 101 9 8 3 5 6 an2   R MF N 因此；可知辊筒在 卷成最小 时 受力最大： 上辊受力 51 F N 下辊受力 52 F N 11 （ 3） . 确定卷板机支架受力 参数 从结构特点上来看 (图 22)，三辊卷板机主要由 1 个上辊及 2 个下辊呈宝塔形状组成。 用该设备加工圆 (弧 )形工件时，由上辊垂直向下移动的同时进行转动，对工件 (即钢板 )产生向下的压力 P 力。 P 力 必须克服钢板的屈服强度，使其产生弯曲变形。 2 个下辊则向同一方向进行转动，从而移动钢板，将其加工 成一定曲率半径的圆 (弧 )形工件。 因此为了确定 P 力 ，我们完全可以将被加工钢板看作为一简支梁，从而有： 图 22 结构分析图 取上辊做为分析对象，当板料置于辊子中间部受到均布载荷集度。 均布载荷的集度 ： q ＝ 力F /b= 力F /2020＝ 105 /2020＝ N/mm＝ 105 N/m 下辊孔为 下q =q /2= 105 N/m 关键零 部件实体模型 图 23 W11 系列机械式对称三辊卷板机上辊实体建模图 12 图 24 W11 系列机械式对称三辊卷板机下辊实体建模图 图 25W11 系列机械式对称三辊卷板机床身实体建模图 图 26 W11 系列机械式对称三辊卷板机实体建模组装图 13 第 3 章 有限元法 与 各零部件 静力学分析 有限元法 简介 有限元法基本原理 它的 的基本 原理 是 ： 将连续的结构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，将连续体看作是只在节点处相连续的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在第一单元中假设一插值函数以求表示单元中中场函数的分布规律，进而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题。 由于大多数实际问题难以 得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效 的工程分析手段。 solidworks 有限元分析步骤 创建模型 1 在 solidworks 中建模并简化模型 2 定义模型颜色等 3 增加像坐标系、基准轴点这类必要元素 定义分析 1 选择分析类型 2 选择材料、约束、载荷模式，以及在分析中常用 元素 创建网格 1 创建网格 2 应用网格控制 3 预览并修正网格 结构分析 1 在静态、模态、疲劳等状态下进行运行分析 2 查看各图解的结构报告 3 若需修改，改变个图解参数或实体模型 4 对图解进行分析，做出最终报告 14 各零部件 静力学分析 静力分析是计算结构在固定不变的载荷作用下的响应，它不考虑惯性和阻尼的影 响，如结构受随时间变化的载荷时的情况。 但是 静力分析可以计算那些固定不变的惯 性载荷对结构的影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为等价静力的随时间变化 载荷（如通常在许多结构规范中所定义的等价静力风载荷和地震载荷）。 静力分析不考虑惯性和阻尼的影响。 它的载荷可以是不变的惯性载荷，以及可近似等价于经理作用的随时间变化的载荷的作用。 它的结果包括位移、应力、应变和力等。 静力分析所施加的载荷包括外部施加的作 用力和压力、稳态的惯性力、强制位移等。 静力学分析的步骤 静力学分析的基本步骤为： （ 1）建立几何模型； （ 2）定义材料属性； （ 3）定义分析步； （ 4）施加边界条件和载荷； （ 5）选择单元类型和划分网格； （ 6）运行 求解； （ 7）结果评定。 上辊静态 分析 三辊卷板机正常工作时，上辊下压至板材，使其产生变形，此过程中板材将给上辊反作用力直接作用在其 上产生很大的压力， 有使上下辊变弯的趋势，若力超过上下辊的许用应力，上下辊就有可能变弯或折断。 施加约束和载荷 根据卷板机的工作原理可知， 辊轮左右两端固定，不能移动，只能转动。 所以把左右两端约束全部自由度。 辊的 中部施加线性载荷约束 ， 当板料。