【正文】 ......................... 27 模態(tài)分析的步驟 ................................................. 27 模態(tài)分析的意義 ................................................. 28 上輥輪的模態(tài)分析 ................................................... 29 劃分網(wǎng)格和施加約束條件 ......................................... 29 結(jié)果分析 ....................................................... 29 下輥輪的模態(tài)分析 ................................................... 33 劃分網(wǎng)格和施加約束條件 ......................................... 33 結(jié)果分析 ....................................................... 34 支架的模態(tài)分析 ..................................................... 38 劃分網(wǎng)格和施加約束條件 ......................................... 38 結(jié)果分析 ....................................................... 39 第 5 章 三輥卷板機(jī)輥輪的疲勞分析 .......................................... 46 上輥疲勞分析前處理 ................................................. 46 疲勞分析結(jié)果 ................................................... 46 下輥疲勞分析 ....................................................... 48 疲勞分析結(jié)果 ................................................... 48 結(jié) 論 .................................................................... 51 參考文獻(xiàn) ................................................................. 52 致 謝 .................................................................... 53 I 三輥卷板機(jī)關(guān)鍵零件有限元分析 摘要 ： 本設(shè)計(jì)是基于 solidworks simulation 軟件來對三輥卷板機(jī)關(guān)鍵零部件進(jìn)行分析。 The last part， Firstly by SolidWorks to built 3D model. Then analyzed the static of threeroller bending machine,s upper roller、 lower roller and bracket ,Obtaining their stress level、 displacement、 safety coefficient diagram. 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: Plate bending rolls。 本章就某 一款典型機(jī)械式對稱三輥卷板機(jī)（如圖 11所示）為例，闡述三輥卷板機(jī)的工作原理，工作過程，及其發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢等。這樣板料 t的各部位都將經(jīng)歷相同的三點(diǎn)彎曲過程，從而得到想要的曲率半徑。板材兩端有略小于兩個(gè)下輥之問距離之半的長度仍然是直的，因此板材保持直挺的兩端在彎卷之前需要先在專門的預(yù)彎邊機(jī)上加以 3 預(yù)彎。 b) a）用壓力機(jī)模壓預(yù)彎 b）用托板在滾圓機(jī)內(nèi)預(yù)彎 圖 14 鋼板預(yù)彎示意圖 （ 2）對中 (b)：對中的目的是使工件母線與輥軸平行，防止產(chǎn)生扭 斜。 三輥卷板機(jī) 的 發(fā)展趨勢 與結(jié)構(gòu)分析的現(xiàn)狀 國內(nèi)卷 板 機(jī)的發(fā)展趨勢為 ： （ 1） 隨著我國化工、鍋爐、壓力容器等行業(yè)向大型化發(fā)展，卷板機(jī)正向加工對象為厚板、特厚板、高強(qiáng)度板、復(fù)合 板等的大型、特大型水平三輥卷板機(jī)方向發(fā)展。自然， 卷板機(jī) 以后的發(fā)展也將朝著更節(jié)能、能環(huán)保的大方向進(jìn)行發(fā)展 。 基本參數(shù) 及 各零 部件 載 荷 基本參數(shù) 內(nèi)容 根據(jù) 板料 工藝用途及結(jié)構(gòu)類型來確定 棍子的大小，從而制造卷板機(jī)。用該設(shè)備加工圓 (弧 )形工件時(shí)，由上輥垂直向下移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，對工件 (即鋼板 )產(chǎn)生向下的壓力 P 力 。靜力分析不考慮慣性和阻尼的影響。輥的 中部施加線性載荷約束 ， 當(dāng)板料置于輥?zhàn)又虚g部時(shí)，上輥受到的 均布載荷 為 F ＝ 105 N，如圖 31所示。 注：單元格的大小可以控制在一定的范圍內(nèi)，一般可以用此公式控制：（節(jié)點(diǎn)值 單元直） /節(jié)點(diǎn)值 5％ ,對應(yīng)力集中的地方可以用網(wǎng)格控制來局部劃分。 所有對應(yīng)力圖解 所做的后處理特征同樣適用于應(yīng)變圖解。所以把左右兩端約束全部自由度。 22 與應(yīng)力結(jié)果不同，應(yīng)力默認(rèn)的顯示為平均值（節(jié)點(diǎn)值）， 而應(yīng)變顯示的是非平均值（單元直），檢查按單元值顯示的應(yīng)變分布圖。 支架 靜力學(xué)分析 施加約束和載荷 根據(jù)卷板機(jī)的工作原理可知，支架底端固定 不能動(dòng)。 支架的最大位移為 。 27 第 4 章 三輥卷板機(jī)輥輪和支架的模態(tài)分析 模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用 .模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，每一 個(gè)模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型 .這些模態(tài)參數(shù)可以由計(jì)算或試驗(yàn)分析取得，這樣一個(gè)計(jì)算或試驗(yàn)分析過程稱為模態(tài)分析 .這個(gè)分析過程如果是由有限元計(jì)算的方法取得的，則稱為計(jì)算模態(tài)分析，如果通過試驗(yàn)將采集的系統(tǒng)輸入與輸出信號經(jīng)過參數(shù)識別獲得模態(tài)參數(shù)，稱為試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析 .通常，模態(tài)分析都是指試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析 . 模態(tài)分析概述 振動(dòng)模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)固有的、整體的特性 .通過模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)的各階主要模態(tài)的特性，就可以預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下產(chǎn)生的實(shí)際振動(dòng)響應(yīng) .因此，模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及設(shè)備故障診斷的重要方法 . 近十多年來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、 FFT 分析儀、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及振動(dòng)傳感器、激勵(lì)器等技術(shù)的發(fā)展，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析得到了很快的發(fā)展，受到了機(jī)械、電力、建筑、水利、航空、航天等許多產(chǎn)業(yè)部門的高度重視 .已有多種檔次、各種原理的模態(tài)分析硬件與軟件 問 世 . 模態(tài)分析的經(jīng)典定義 :將線性定常系統(tǒng)振動(dòng)微分方程組中的物理坐標(biāo)變換為模態(tài)坐標(biāo)，使方程組解藕，成為一組以模態(tài)坐標(biāo)及模態(tài)參數(shù)描述的獨(dú)立方程，以便求出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù) .坐標(biāo)變換的變換矩陣為模態(tài)矩陣，其每列為模態(tài)振型 . 用處： 模 態(tài)分析的最終目標(biāo)在是識別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)特性分析、振動(dòng)故障診斷和預(yù)報(bào)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù) . 模態(tài)分析的步驟 模態(tài)分析中的主要有四個(gè)步驟如下： （ 1）建模。 1）施 加邊界條件 2）外部載荷：因?yàn)檎駝?dòng)被假定為自由振動(dòng)，所以忽略外部載荷。 b) 為了研究不同位移約束的效果，可以采用對載荷步（例如，對稱邊界條件采用一個(gè)載荷步，反對稱邊界條件采用另一個(gè)載荷步）。 （ 5）識別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的載荷。 七 階振型 （ f7＝ ） 為 上輥整體擴(kuò)撒振動(dòng)， 該振動(dòng)將會增大 下輥輪彎矩和 扭矩。 三階振型 （ f3＝ ） 為 下輥輪左右 1/4處 彎曲振動(dòng) ， 該振動(dòng)將會 兩端端及中部 的 彎曲 應(yīng)力。所以此次分析以自由模態(tài)為主。 46 第 5 章 三輥卷板機(jī)輥輪的疲勞分析 上輥疲勞分析前處理 疲勞分析前提條件是在做完靜力分析狀態(tài)下才進(jìn)行的疲勞分析， 它建立在靜力分析的基礎(chǔ)上，如圖 5 52所示 。疲勞種類較多 .常見的有機(jī)械疲勞、腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞和微動(dòng)疲勞等，其中，機(jī)械疲勞包括應(yīng)力疲勞、應(yīng)變疲勞和接觸疲勞 3種方式。 圖 510 疲勞載荷云圖 由圖 510可知， 安全 載荷 因子是指結(jié)構(gòu)所能承受的疲勞極限應(yīng)力與結(jié)構(gòu) 計(jì)算所得應(yīng)力的比值。 51 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì) 是在有限元分析軟。 由圖 59 可知，最小生命周期為 ，每周期 1000 個(gè)循環(huán)，由資料查得卷板 50 機(jī)的激 振頻率為 50（次 /分 ），振動(dòng)頻率為 50Hz，故計(jì)算出該輥輪的壽命： (50x60x10 x300)=(年 ) 使用 時(shí) 經(jīng)常注意一些后期設(shè)備的保養(yǎng)維護(hù)，設(shè)備的使用壽命還 會 很長 。所以，在上輥的設(shè)計(jì)和制造工藝上要特別加強(qiáng)此處的強(qiáng)度，此外，在平時(shí)設(shè)備的保養(yǎng)和維修中，也應(yīng)該要特別注意檢查這個(gè)地方，避免造成破壞損失。 如振型圖顯示結(jié)果，可以得知，支架與上輥軸孔處受力變形最大，是危險(xiǎn)點(diǎn)，在加工生產(chǎn)時(shí)。節(jié)點(diǎn)振型圖顯示結(jié)果，可以得知，仍然輥輪的中部的受力和變化最大，與上輥的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析結(jié)果吻合，從而得出結(jié)論：下輥中部受力最大，最容易發(fā)生斷裂現(xiàn)象，也是疲 38 勞強(qiáng)度、剛度最大的地方，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)注意斷裂處的處理和檢修，以免發(fā)生工程事故。 圖 410下輥輪模態(tài)分析一階模態(tài)云圖 圖 411下輥輪模態(tài)分析二階模態(tài)云圖 35 圖 412下輥輪模態(tài)分析三階模態(tài)云圖 圖 413下輥輪模態(tài)分析四階模態(tài)云圖 36 圖 414下輥輪模態(tài)分析五階模態(tài)云圖 圖 415下輥輪模態(tài)分析六階模態(tài)云圖 37 圖 416下輥輪模態(tài)分析七階模態(tài)云圖 一階振型 （ f1= ） 為 下輥輪中部上下 彎曲振動(dòng)，該振動(dòng)將會 使活下輥輪發(fā)生凸凹變形 ，從而增加其 中部的彎曲 應(yīng)力 。 五階振型 （ f5= ） 為 上輥輪中部及左右 1/4 處 彎曲振動(dòng) ， 該振動(dòng)將會增大 下輥輪整體彎曲 應(yīng)力 及輥輪的扭矩 。 （ 4）控制結(jié)構(gòu)的輻射噪聲。 3）求解。 3）其他選項(xiàng)。 輥輪軸階處由于應(yīng)力集中，受力較大，可以采用倒角的方式減小應(yīng)力集中。 圖 316支架模型靜力分析位移圖 由圖 316 可知， 左側(cè)零件中顯示的顏色與右側(cè)色帶一致，越紅其位移值越大，即 25 零件在此發(fā)生的位移越大。 考慮到模型部件是 采用不可能發(fā)生脆性斷裂的剛性材料，本次安全系數(shù)分析從應(yīng)力計(jì)算結(jié)果中提取最大 Von Mises應(yīng)力進(jìn)行分析，從而評估其安全性能。 下輥的最大位移為 。 利用好安全系數(shù)分布云圖，可以對零部件進(jìn)行優(yōu)化分析，節(jié)省材料，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。 18 圖 35 上輥輪模型靜力分析總 應(yīng)變 云圖 由圖 35可知， 應(yīng)變用以描述某點(diǎn)處變形的程度的力學(xué)量， 應(yīng)變的結(jié)果都是無量綱為一的。該網(wǎng)格類型是曲面模型的唯一選擇，對于每一個(gè)殼體 可以定義它們各自的殼單元厚度和材料。 施加約束和載荷 根據(jù)卷板機(jī)的工作原理可知， 輥輪左右兩端固定，不能移動(dòng)，只能轉(zhuǎn)動(dòng)。 solidworks 有限元分析步驟 創(chuàng)建模型 1 在 solidworks 中建模并簡化模型 2 定義模型顏色等 3 增加像坐標(biāo)系、基準(zhǔn)軸點(diǎn)這類必要元素 定義分析 1 選擇分析類型 2 選擇材料、約束、載荷模式，