【正文】 is analyzed based on the Solidworks Simulation software, In this design. Compared with the traditional calculations analysis, Computer finite element 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 optimization of the software have great reference value about the ponent.During the front part of the design, The rolling machine`s 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, The lower two roller did revolution sport , for the sheet material provided moment。 3d modeling。 Dynamic and static analysis 1第 1章 緒 論目前國內(nèi)三輥卷板機(jī)的設(shè)計主要采用經(jīng)驗和類比設(shè)計，在實際工程應(yīng)用中，由于超載，市場上卷板機(jī)曾發(fā)生機(jī)架和滾輪的強(qiáng)度和剛度不夠等現(xiàn)象，也存在著機(jī)械干涉，工作輥使用壽命短、維修頻繁、工藝性差、能耗大等問題，卷板機(jī)的工作輥應(yīng)有足夠的剛度，在最大載荷的工況下應(yīng)能保證其工作精度要求，要保證這些大噸位、高精度卷板機(jī)的正常工作，首先應(yīng)該在設(shè)計輥輪和機(jī)架時必須保證有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時也要考慮工況載荷時的振動情況。由于大多數(shù)實際復(fù)問題難以得到準(zhǔn)確解決辦法，然而有限元不僅計算精度高、通用性強(qiáng)，還適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為一種豐富多彩、應(yīng)用廣泛、實用高效的數(shù)值分析法。而在眾多類型卷板機(jī)中，機(jī)械對稱式三輥卷板機(jī)是目前應(yīng)用最為廣泛的卷板機(jī)之一，它可將金屬板材卷成圓形、弧形和一定范圍內(nèi)的錐形工件，廣泛地用于造船、鍋爐、航空、水電、化工、金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)械制造行業(yè)，被各大商家認(rèn)可。2圖 11 W11系列機(jī)械對稱式三輥卷板機(jī) 機(jī)械對稱式三輥卷板機(jī)基本概況 三輥卷板機(jī)的工作原理卷板機(jī)的運動形式可以分為主運動和輔運動兩種形式。輔運動是卷板機(jī)在卷板過程中的裝料、下料及上輥的升降、翹起以及倒頭架的翻轉(zhuǎn)等形式的運動。上輥在兩下輥中央對稱位置作垂直升降運動，兩下輥作旋轉(zhuǎn)運動，在卷取鋼板時，由于上輥的壓力，使支承在兩個下輥上的板材形成三點彎曲。在下壓過程中通過中心輥的下壓使板料產(chǎn)生彈塑性變形；在滾彎過 圖12 W11系列機(jī)械對稱式三輥卷板機(jī)工作原理程中兩側(cè)輥是驅(qū)動輥，通過兩側(cè)輥的驅(qū)動以及側(cè)輥和板料之間的摩擦力使板料送進(jìn)。如圖12所示(a)、 (b)、(c)分別表示下壓前、下壓后和滾彎后。當(dāng)下輥被驅(qū)動作回轉(zhuǎn)運動時，由于板材與軋輥之問存在摩擦力，所以當(dāng)軋輥轉(zhuǎn)動時板材也就沿其縱向運動。板材也就獲得了沿其全長的塑性彎曲變形。其缺點在于對稱式的機(jī)器不能彎卷板材的全部長度。三輥卷板機(jī)利用卷板機(jī)對板料進(jìn)行連續(xù)三點彎曲的過程，如圖13(a）、(b)、(c)、(d) 所示，卷板工藝過程大致分為4步：圖 13 W11 系列機(jī)械式對稱三輥卷板機(jī)工作過程（1）預(yù)彎(a)：板材兩端有略小于兩個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)上加以預(yù)彎。但為避免板料從滾筒間滑落，實際剩余直邊常比理論值大。由于剩余直邊在校圓時難以完全消除，并造成較大的焊縫應(yīng)力及設(shè)備負(fù)荷、容易產(chǎn)生質(zhì)量和設(shè)備事故，故需應(yīng)對一般板料進(jìn)行預(yù)彎，使剩余直邊接近理論值，常用的預(yù)彎方法有：凡可以進(jìn)行不對稱彎曲的卷板機(jī)或帶彎邊墊板的對稱三輥卷板機(jī)都具有彎邊的能力。a)42）用托板在滾圓機(jī)內(nèi)預(yù)彎。（3）卷筒(c)：卷筒是產(chǎn)品成形的主過程，分為一次進(jìn)給與多次進(jìn)給。冷卷回彈量顯著時，須加一定得過卷量。一般矯圓分三個步驟：1）加載：根據(jù)經(jīng)驗或計算將輥筒調(diào)到所需的最大矯正曲率位置。3）卸載：逐漸卸除載荷，使工件在逐漸減小的矯正載荷下多次滾卷。同時，由于剩余直邊短節(jié)省材料、成形精度、效率高，大型四輥卷板機(jī)也得到發(fā)展；（2）油罐車、儲油罐等行業(yè)的快速發(fā)展，要求小型卷板機(jī)向薄邊、特長型、多曲率和數(shù)控化的方向發(fā)展；（3）以卷板機(jī)為主要加工設(shè)備實現(xiàn)成套化配置，從而為客戶提供整體解決方案。國內(nèi)三輥卷板機(jī)機(jī)型小，卷制能力低、機(jī)架的受力情況簡單，隨著對卷板機(jī)的卷制能力要求的不斷增大，卷板機(jī)機(jī)型也在不斷增多，國產(chǎn)已有投入生產(chǎn)使用的140mm x4m 的三輥卷板機(jī)，卷制150mm 厚和160mm 厚鋼板的卷板機(jī)也正在制造中。但是實際使用中還存在一些問題，例如：系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，同步精度不高及加工效率和精度不能完全滿足一些加工單位的要求等。環(huán)保設(shè)計將形成一種全新的設(shè)計理念。通過上節(jié)對工作原理和工作過程的分析，根據(jù)各種類型卷板機(jī)的特點，再根據(jù)三輥卷板機(jī)的不同類型所具有的特點，雙輥卷板機(jī)不需要預(yù)彎、結(jié)構(gòu)簡單，但彎曲板厚受限制，只適合小批量生產(chǎn)。雖然三輥卷板機(jī)不能預(yù)彎，但是可以通過手工或其它方法進(jìn)行預(yù)彎。通過建立三輥卷板機(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)會對有限元分析結(jié)果進(jìn)行分析和優(yōu)化。研究卷板機(jī)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)、模型特點 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)方案流程圖第 2章三維實體建模本課題旨在運用 solidworks simulation 有限元分析軟件對三輥卷板機(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、最大的變形和危險位置，解決實際生產(chǎn)中應(yīng)注意的問題，所以其他無關(guān)零部件在本課題中未有顯示，運用三維實體建模軟件 solidworks 只對三輥卷板機(jī)機(jī)架、輥輪建模，并組裝?；緟?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，也基本上定下了它的輪廓尺寸及本體總重。機(jī)械對稱式三輥卷板機(jī)的基本參數(shù)包括以下內(nèi)容：（1）輥輪長度及直徑：指卷板機(jī)最終組裝后的長度和直徑尺寸，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)正常工作時能承受輥輪的重量及震動的能力；8（3）下輥間距：指卷板機(jī)正常工作時兩下輥中心間距離，應(yīng)根據(jù)工件成型后的半徑來確定，它直接影響整個機(jī)架的寬度；（4）工作臺尺寸：指工作臺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程及輥輪直徑的尺寸；（5）線性力載荷：卷板機(jī)壓彎板材時的力載荷；（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；（1）已知設(shè)計參數(shù)此卷板機(jī)用于卷制屈服極限為 130MPa～160MPa 低碳鋼。R= 2min??dM——彎曲力矩，M= 。mm7401 .)()( ??????sWrk?3）上下輥所受壓力 F下輥的力 ：2 N572 ?????RM上輥的力 ：1FN571 ?????因此；可知輥筒在卷成最小時受力最大： 上輥受力 下輥受力 N2（3）. 確定卷板機(jī)支架受力參數(shù)從結(jié)構(gòu)特點上來看(圖 22)，三輥卷板機(jī)主要由 1 個上輥及 2 個下輥呈寶塔形狀組成。P 力 必須克服鋼板的屈服強(qiáng)度，使其產(chǎn)生彎曲變形。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支梁，從而有：12圖 22 結(jié)構(gòu)分析圖取上輥做為分析對象，當(dāng)板料置于輥子中間部受到均布載荷集度。由 于 大 多 數(shù) 實 際 問 題 難 以 得 到 準(zhǔn) 確 解 ， 而 有 限 元 不 僅 計 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。但是靜力分析可以計算那些固定不變的慣 性載荷對結(jié)構(gòu)的影響（如重力和離心力），以及那些可以近似為等價靜力的隨時間變化 載荷（如通常在許多結(jié)構(gòu)規(guī)范中所定義的等價靜力風(fēng)載荷和地震載荷）。它的載荷可以是不變的慣性載荷，以及可近 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)行運行分析2 查看各圖解的結(jié)構(gòu)報告3 若需修改，改變個圖解參數(shù)或?qū)嶓w模型4 對圖解進(jìn)行分析，做出最終報告15似等價于經(jīng)理作用的隨時間變化的載荷的作用。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。三輥卷板機(jī)正常工作時，上輥下壓至板材，使其產(chǎn)生變形，此過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，有使上下輥變彎的趨勢，若力超過上下輥的許用應(yīng)力，上下輥就有可能變彎或折斷。所以把左右兩端約束全部自由度。F5圖 31 上輥輪模型約束和載荷圖表 31 零件受力情況零部件 X Y Z 合力反作用力(N) 219616 21970016 劃分網(wǎng)格網(wǎng)格劃分，更精確地說應(yīng)該稱為離散化，就是將一數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為有限元模型，網(wǎng)格劃分完成兩項任務(wù)。對于使用者來說，網(wǎng)格劃分是求解問題必不可少的一步，如圖32所示。③ 使用曲面的外殼網(wǎng)格：可以應(yīng)用在零件和組件中。④ 混合網(wǎng)格：使用此選項可在同一個研究中加入實體要素和外殼要素。 圖 32 上輥輪模型網(wǎng)格圖表 32 網(wǎng)格信息表網(wǎng)格類型: 實體網(wǎng)格 節(jié)點總數(shù): 20834所用網(wǎng)格器: 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格 單元總數(shù): 13344雅可比點: 4 點 最大高寬比例: 單元大小: 40 mm 網(wǎng)格品質(zhì): 高公差: 2 mm 靜力分析結(jié)果（1）應(yīng)力、應(yīng)變、位移與安全系數(shù)，如圖 33336 所示。從而可以推斷出該裝置在當(dāng)前施加的壓力下其結(jié)構(gòu)是可靠的。位移說明結(jié)構(gòu)的剛度是不是足夠，最大總位移集中在上輥中央位置,為。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。圖 36 上輥輪模型靜力分析總安全系數(shù)云圖由圖36可知。所以能滿足上輥輪的靜力學(xué)強(qiáng)度設(shè)計的要求?？紤]到模型部件是不可能發(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，輥輪左右兩端固定，不能移動，只能轉(zhuǎn)動。輥的中部施加線性載荷約束，當(dāng)板料置于輥子中間部時，下輥受到的均布載荷為 ＝10 N，如圖 37所示。圖38 下輥輪模型網(wǎng)格圖零部件 X Y Z 合力反作用力(N) 121948 122022反力矩 (Nm) 0 0 0 0夾具名稱 固定幾何體 夾具細(xì)節(jié) 3 個面21表 35 網(wǎng)格信息表網(wǎng)格類型: 實體網(wǎng)格 節(jié)點總數(shù): 14226所用網(wǎng)格器: 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格 單元總數(shù): 8938雅可比點: 4 點 最大高寬比例: 單元大小: 40 mm 網(wǎng)格品質(zhì): 高公差: 2 mm 靜力分析結(jié)果應(yīng)力、應(yīng)變、位移與安全系數(shù)分析結(jié)果如圖3331312所示。22圖 310 下輥輪模型靜力分析總位移云圖由圖 310 可知，下輥分析與上輥相同，位移說明結(jié)構(gòu)的剛度是不是足夠。23