【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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 課題的主要內(nèi)容 與技術(shù)方案 利用有限元軟件 solidworks simulation的結(jié)構(gòu)分析模塊對(duì) W11系列三輥卷板機(jī)關(guān)鍵零部件進(jìn)行有限元分析。通過(guò)建立三輥卷板機(jī)關(guān)鍵零部件的幾何模型、有限元模型，對(duì)關(guān)鍵零部件模型進(jìn)行靜態(tài)分析、模態(tài)分析、疲勞分析，學(xué)會(huì)對(duì)有限元分析結(jié)果進(jìn)行分析和優(yōu)化。 具體的技術(shù)方案 如下： （ 1）研究 W11 系列機(jī)械對(duì)稱式三輥卷板機(jī) 相關(guān)技術(shù)參數(shù) 和模型特點(diǎn)， 為分析提供相應(yīng)的 理論 基礎(chǔ)； （ 2）利用 solidworks simulation 對(duì) 上 下 輥輪 支架 進(jìn)行 靜力學(xué)分析 ， 分析其結(jié)構(gòu)在力作用下的應(yīng) 力 應(yīng)變 變形位移分布規(guī)律 及 安全系數(shù) ， 下輥 與上輥輪的分析結(jié)果進(jìn)行比較，看哪根輥輪受力較大， 并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行靜力強(qiáng)度較核 ； （ 3） 利用 solidworks simulation 對(duì) 上 下 輥輪 支架 進(jìn)行模態(tài)分析， 分析 其結(jié)構(gòu) 的振動(dòng)特性，找出振動(dòng)中危險(xiǎn)的位置 ， 上 下 輥輪分析結(jié)果比較 ； （ 4）利用 solidworks simulation 對(duì) 上 下 輥輪 支架 進(jìn)行 疲勞 分析 ， 分析其結(jié)構(gòu)在交變應(yīng) 力作用下的 生命 、 破壞 和 安全系數(shù)圖解 ，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行 圖解交變應(yīng)力響應(yīng)曲線 分析 ，注意 SN 曲線的選擇。 研究卷板機(jī) 的相 關(guān)技術(shù)參數(shù) 、模型特點(diǎn) 關(guān)鍵零部件 solidworks模型 基于有限元分析軟件 solidworks simulation進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)分析 有限元 結(jié)果 分析 圖 15 技術(shù)方案流程圖 7 第 2 章三維實(shí)體 建模 本課題旨在 運(yùn)用 solidworks simulation 有限元分析軟件對(duì)三輥卷板機(jī)的機(jī)架、輥輪進(jìn)行有限元強(qiáng)度、剛度分析，得到最大應(yīng)力、最大的變形和危險(xiǎn)位置，解決實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)注意的問(wèn)題，所以其他無(wú)關(guān)零部件在本課題中未有顯示，運(yùn)用三維實(shí)體建模軟件 solidworks 只對(duì)三輥卷板機(jī)機(jī)架、輥輪建模，并組裝。 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(lái)確定 棍子的大小，從而制造卷板機(jī)。 基本參數(shù)是 卷板機(jī) 的基本技術(shù)數(shù)據(jù)， 它反映了 它的 工作能力及特點(diǎn)，也基本上定下了 它 的輪廓尺寸及本體總重。另外，基本參數(shù)也是用戶選購(gòu)時(shí)的主要數(shù)據(jù)。 機(jī)械對(duì)稱式三輥卷板機(jī) 的基本參數(shù) 包括 以下內(nèi)容 ： （ 1） 輥輪長(zhǎng)度及直徑 ：指 卷板機(jī)最終組裝后的長(zhǎng)度和直徑尺寸 ，它反映了 卷板機(jī) 的主要工作能力 ，如能滾彎板料的長(zhǎng)度、寬度、厚度等方面； （ 2） 左右機(jī)架 ： 體現(xiàn)卷板機(jī)輥輪旋轉(zhuǎn)正常工作時(shí)能承受輥輪的重量及震動(dòng)的能力； （ 3） 下輥間距 ：指 卷板機(jī)正常工作時(shí)兩 下輥中心間距離， 應(yīng)根據(jù)工件成型 后的半徑 來(lái)確定，它直接影響整個(gè)機(jī)架的 寬 度 ； （ 4）工作臺(tái)尺寸：指工作臺(tái)面上可以利用的有效尺寸，它取決于模具的平面尺寸工藝過(guò)程 及輥輪直徑 的 尺寸； （ 5） 線性力載荷 ： 卷板機(jī)壓彎板材時(shí)的力載荷； （ 6） 材料屬性 ： 指 密度、彈性模量、泊松比等； （ 7） 許用應(yīng)力： 指 輥輪材料的最大受力載荷； 設(shè)計(jì)參數(shù) （ 1） 已知設(shè)計(jì)參數(shù) 此卷板機(jī)用于卷制屈服極限為 130MPa～ 160MPa 低碳鋼。 8 表 21主要技術(shù)參數(shù) 卷板機(jī) 技術(shù)性能 單位 數(shù) 據(jù) 上輥輪長(zhǎng)度 L mm 3000 上輥輪直徑 1d mm 240 上輥輪材料 Q235 下輥輪長(zhǎng)度 L mm 2710 下輥中心矩 L mm 310 下輥輪直徑 2d mm 200 下輥輪材料 Q235 輥輪的工作長(zhǎng)度 L mm 2050 板厚 ? mm 12 板寬 B mm 20200 輥輪彈性模量 E Mpa 202000 輥輪屈服應(yīng)力 σ s Mpa 235 輥輪泊松比 輥輪密度 p ㎏ /m3 7860 輥 輪 許用應(yīng)力 Mpa 157 機(jī)架高度 H mm 1557 機(jī)架厚度 W mm 150 機(jī)架材料 Q235 機(jī)架彈性模量 E Mpa 202000 機(jī)架泊松比 機(jī)架密度 p ㎏ /m3 7860 卷圓最小直徑 mind mm 500 板料相對(duì)強(qiáng)化系數(shù) K0 9 表 22板材強(qiáng)化系數(shù)表 材料號(hào) K0 LCr18Ni9Ti,lCr18Ni12Ti 6 10,15,20 10 25,20g,22g,Q235A,12Cr1MoV,15CrMo 30,35 14 15Cr,20Cr,20CrNi σ s＜ =800Mpa的高強(qiáng)度合金鋼板 20 注：對(duì)其它鋼材可按 K0=? 計(jì)算，其中為伸長(zhǎng)率 （ 2） . 所求設(shè)計(jì) 參數(shù) 上輥軸直徑： ? ? ~ dd a ? =140mm 下輥軸直徑： ? ? ~ ddc ? =120mm 最小卷圓直徑 ： ? ? an DD ~? =500mm （ 3） . 確定卷板機(jī)壓力 參數(shù) 因在卷制板材時(shí)，板材不同成形量所需的壓力、功率也不相同，所以要確定所受壓力及 彎矩 ， 而最大壓力、最大彎矩產(chǎn)生于板材彎成最小卷圓時(shí) ： 板材的彎曲力矩與作用在下輥上的力2F 的力矩平衡，由此可求得上、下輥的受力：（見圖 21） （ 1） （ 2） （ 3） 圖 21 軸輥受力分析 ?? sin2 RMF ?? tan21 R MF )2(2sin 2dRl??? 10 式中 ： R—— 彎曲最小半徑 ，產(chǎn)生于卷圓最小時(shí)。 R= 22min ??d M—— 彎曲力矩， M=sWrkk ??? )2( 01。 k1為形狀系數(shù)，矩形斷面取 k1=； r 為相對(duì)半徑， r=R/? ； W 為橫截面的斷面模數(shù)， W= 62?B ； l—— 兩下輥中心距； 1）板料成型 最大是 的基本參數(shù) 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）板料變形為 100%時(shí)的最大彎矩 M M= 7401 )212 ()2( ????????? sWrkk ?Nmm 3） 上下輥所受壓力 F 下輥的力 2F ： 572 3 5 3 5 6 in ??? ???? R MFN 上輥的力 1F ： 571 101 9 8 3 5 6 an2 ??? ????? R MF N 因此；可知輥筒在 卷成最小 時(shí) 受力最大： 上輥受力 51 ??F N 下輥受力 52 ??F N 11 （ 3） . 確定卷板機(jī)支架受力 參數(shù) 從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上來(lái)看 (圖 22)，三輥卷板機(jī)主要由 1 個(gè)上輥及 2 個(gè)下輥呈寶塔形狀組成。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(duì)工件 (即鋼板 )產(chǎn)生向下的壓力 P 力 。 P 力 必須克服鋼板的屈服強(qiáng)度，使其產(chǎn)生彎曲變形。 2 個(gè)下輥則向同一方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而移動(dòng)鋼板，將其加工 成一定曲率半徑的圓 (弧 )形工件。因此為了確定 P 力 ，我們完全可以將被加工鋼板看作為一簡(jiǎn)支梁，從而有： 圖 22 結(jié)構(gòu)分析圖 取上輥?zhàn)鰹榉治鰧?duì)象，當(dāng)板料置于輥?zhàn)又虚g部受到均布載荷集度。 均布載荷的集度 ： q ＝ 力F /b= 力F /2020＝ 105 /2020＝ N/mm＝ 105 N/m 下輥孔為 下q =q /2= 105 N/m 關(guān)鍵零 部件實(shí)體模型 圖 23 W11 系列機(jī)械式對(duì)稱三輥卷板機(jī)上輥實(shí)體建模圖 12 圖 24 W11 系列機(jī)械式對(duì)稱三輥卷板機(jī)下輥實(shí)體建模圖 圖 25W11 系列機(jī)械式對(duì)稱三輥卷板機(jī)床身實(shí)體建模圖 圖 26 W11 系列機(jī)械式對(duì)稱三輥卷板機(jī)實(shí)體建模組裝圖 13 第 3 章 有限元法 與 各零部件 靜力學(xué)分析 有限元法 簡(jiǎn)介 有限元法基本原理 它的 的基本 原理 是 ： 將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成有限個(gè)單元，并在每一個(gè)單元中設(shè)定有限個(gè)節(jié)點(diǎn)，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點(diǎn)處相連續(xù)的一組單元的集合體，同時(shí)選定場(chǎng)函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量，并在第一單元中假設(shè)一插值函數(shù)以求表示單元中中場(chǎng)函數(shù)的分布規(guī)律，進(jìn)而將一個(gè)連續(xù)域中的無(wú)限自由度問(wèn)題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度問(wèn)題。 由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以 得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效 的工程分析手段。 solidworks 有限元分析步驟 創(chuàng)建模型 1 在 solidworks 中建模并簡(jiǎn)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，以及在分析中常用 元素 創(chuàng)建網(wǎng)格 1 創(chuàng)建網(wǎng)格 2 應(yīng)用網(wǎng)格控制 3 預(yù)覽并修正網(wǎng)格 結(jié)構(gòu)分析 1 在靜態(tài)、模態(tài)、疲勞等狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)行分析 2 查看各圖解的結(jié)構(gòu)報(bào)告 3 若需修改，改變個(gè)圖解參數(shù)或?qū)嶓w模型 4 對(duì)圖解進(jìn)行分析，做出最終報(bào)告 14 各零部件 靜力學(xué)分析 靜力分析是計(jì)算結(jié)構(gòu)在固定不變的載荷作用下的響應(yīng)，它不考慮慣性和阻尼的影 響，如結(jié)構(gòu)受隨時(shí)間變化的載荷時(shí)的情況。但是 靜力分析可以計(jì)算那些固定不變的慣 性載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響（如重力和離心力），以及那些可以近似為等價(jià)靜力的隨時(shí)間變化 載荷（如通常在許多結(jié)構(gòu)規(guī)范中所定義的等價(jià)靜力風(fēng)載荷和地震載荷）。靜力分析不考慮慣性和阻尼的影響。它的載荷可以是不變的慣性載荷，以及可近似等價(jià)于經(jīng)理作用的隨時(shí)間變化的載荷的作用。它的結(jié)果包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力等。靜力分析所施加的載荷包括外部施加的作 用力和壓力、穩(wěn)態(tài)的慣性力、強(qiáng)制位移等。 靜力學(xué)分析的步驟 靜力學(xué)分析的基本步驟為： （ 1）建立幾何模型； （ 2）定義材料屬性； （ 3）定義分析步； （ 4）施加邊界條件和載荷； （ 5）選擇單元類型和劃分網(wǎng)格； （ 6）運(yùn)行 求解； （ 7）結(jié)果評(píng)定。 上輥靜態(tài) 分析 三輥卷板機(jī)正常工作時(shí)，上輥下壓至板材，使其產(chǎn)生變形，此過(guò)程中板材將給上輥反作用力直接作用在其 上產(chǎn)生很大的壓力， 有使上下輥?zhàn)儚澋内厔?shì)，若力超過(guò)上下輥的許用應(yīng)力，上下輥就有可能變彎或折斷。 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)。所以把左右兩端約束全部自由度。輥的 中部施加線性載荷約束 ， 當(dāng)板料