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1、XX大学毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目：三辊卷板机关键零部件有限元分析 学 院 名 称： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号 指 导 教 师： 职 称 定稿日期： 年 月 日摘 要有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似 解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。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。 本设计是基
2、于ANSYS软件来对三辊卷板机关键零部件进行分析。与传统的计算相比，借助于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。关键词：卷板机；三维建模；ANSYS；动静态分析AbstractFinite element analysis is to use simpler problem instead of solving complex problems after. It will solve the field as much as by finite
3、element of small interconnect subfields, each unit is assumed to be a proper ( simple ) approximate solution is derived, then solve the domain satisfying conditions ( such as structural equilibrium conditions ), resulting in the solution of problems. This solution is not accurate solution, but the a
4、pproximate solution, because the actual problem is simpler problem place. Because most practical problems difficult to obtain accurate solution, and the finite element computation of not only high precision, but also can adapt to a variety of complex shapes, thus become effective engineering analysi
5、s method.The design is based on the ANSYS software on the three roller bending machine key components analysis. Compared with the traditional calculations are compared, with the help of computer finite element analysis method can be more efficient and precise results. Set the correct model, dividing
6、 the appropriate grid, and set a reasonable solution process, can accurately obtain analysis model of various parts of the stress, deformation and other results. The design and optimization of parts have great reference value.Key Words: bending machine;3D modeling; ANSYS; static analysis目 录摘 要IIAbst
7、ractIII目 录IV第1章绪论61.1概述61.2卷板机的原理71.2.1 卷板机的运动形式71.2.2弯曲成型的加工方式71.3卷板机的发展趋势8第二章 有限元法与ANSYS92.1 有限元简介92.2 有限元特点102.3 有限元步骤102.4 有限元分析方法概述112.5 ANSYS的主要功能112.6 ANSYS提供的分析类型12第3章 课题任务和分析方法133.1课题任务133.2分析方法143.3 本课题的研究方法14第4章 方案的论证及确定155.1 方案的论证155.1.1方案1双辊卷板机155.1.2方案2 三辊卷板机165.1.3 方案3四辊卷板机165.2 方案的确定
8、175.3本章小结17第5章 关键零件的设计与计算185.1主部件的选择和计算185.1.1 上下辊的参数选择计算185.1.2 主电机的功率确定185.2 上辊的设计计算校核275.2.1上辊结构设计及受力图275.2.2 刚度校核275.2.3 上辊强度校核28第6 章 有限元分析过程296.1 ANSYS中静力学分析过程296.2 ANSYS中卷板机上辊分析过程296.3ANSYS中卷板机下辊分析结果406.4ANSYS中卷板机三辊支架分析过程42总 结51参考文献52致谢53第1章 绪论1.1概述机械加工行业在我国有着举足轻重的地位，它是国家的国民经济命脉。作为整个工业的基础和重要组成
9、部分的机械制造业，任务就是为国民经济的各个行业提供先进的机械装备和零件。它的规模和水平是反映国家的经济实力和科学技术水平的重要标志，因此非常值得重视和研究。卷板机是一种将金属板材卷弯成筒形、弧形或其它形状工件的通用设备。根据三点成圆的原理，利用工件相对位置变化和旋转运动使板材产生连续的塑性变形，以获得预定形状的工件。该产品广泛用于锅炉、造船、石油、木工、金属结构及其它机械制造行业。卷板机作为一个特殊的机器，它在工业基础加工中占有重要的地位。凡是钢材成型为圆柱型，几乎都用卷板机辊制。其在汽车，军工等各个方面都有应用。根据不同的要求，它可以辊制出符合要求的钢柱，是一种相当实用的器械。在国外一般以工
10、作辊的配置方式来划分。国内普遍以工作辊数量及调整形式等为标准实行混合分类，一般分为：1、三辊卷板机：包括对称式三辊卷板机、非对称式三辊卷板机、水平下调式三辊卷板机、倾斜下调式三辊卷板机、弧形下调式三辊卷板机和垂直下调式三辊卷板机等。2、四辊卷板机：分为侧辊倾斜调整式四辊卷板机和侧辊圆弧调整式四辊卷板机。3、特殊用途卷板机：有立式卷板机、船用卷板机、双辊卷板机、锥体卷板机、多辊卷板机和多用途卷板机等。卷板机采用机械传动已有几十年的历史，由于结构简单，性能可靠，造价低廉，至今在中、小型卷板机中仍广泛应用。在低速大扭矩的卷板机上，因传动系统体积庞大，电动机功率大，起动时电网波动也较大，所以越来越多地
11、采用液压传动。近年来，有以液压马达作为源控制工作辊移动但主驱动仍为机械传动的机液混合传动的卷板机，也有同时采用液压马达作为工作辊旋转动力源的全液压式卷板机。卷板机的工作能力是指板材在冷态下，按规定的屈服极限卷制最大板材厚度与宽度时最小卷筒直径的能力。国内外采用冷卷方法较多。冷卷精度较高，操作工艺简便，成本低廉，但对板材的质量要求较高（如不允许有缺口、裂纹等缺陷），金相组织一致性要好。当卷制板厚较大或弯曲半径较小并超过设备工作能力时，在设备允许的前提下可采用热卷的方法。有些不允许冷卷的板材，热卷刚性太差，则采用温卷的方法。1.2卷板机的原理1.2.1 卷板机的运动形式卷板机的运动形式可以分为主运
12、动和辅运动两种形式的运动。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。该机构形式为三辊对称式,上辊在两下辊中央对称位置作垂直升降运动,通过丝杆丝母蜗杆传动而获得,两下辊作旋转运动,通过减速机的输出齿轮与下辊齿轮啮合,为卷制板材提供扭矩。 图1.1 三辊卷板机工作原理图由图1.1：主运动指上辊绕O1，下辊分别绕O2、O3作顺时针或逆时针旋转。辅运动指上辊的上升或下降运动，以及上辊在O1垂直平面的上翘、翻边运动等。1.2.2弯曲成型的加工方式在钢结构制作中弯制成型的加
13、工主要是卷板（滚圆）、弯曲（煨弯）、折边和模具压制等几种加工方法。弯制成型的加工工序是由热加工或冷加工来完成的。滚圆是在外力的作用下，使钢板的外层纤维伸长，内层纤维缩短而产生弯曲变形（中层纤维不变）。当圆筒半径较大时，可在常温状态下卷圆，如半径较小和钢板较厚时，应将钢板加热后卷圆。在常温状态下进行滚圆钢板的方法有：机械滚圆、胎模压制和手工制作三种加工方法。机械滚圆是在卷板机（又叫滚板机、轧圆机）上进行的。在卷板机上进行板材的弯曲是通过上滚轴向下移动时所产生的压力来达到的。它们滚圆工作原理如图1.2所示。a） b） c）a）对称式三辊卷板机 b）不对称式三辊卷板机 c）四辊卷板机图1.2 滚圆机
14、原理图 用三辊弯（卷）板机弯板，其板的两端需要进行预弯，预弯长度为0.5L（3050）mm(L为下辊中心距）。预弯可采用压力机模压预弯或用托板在滚圆机内预弯（图1.3） a） b）a）用压力机模压预弯 b）用托板在滚圆机内预弯图1.3 钢板预弯示意图1.3卷板机的发展趋势加入WTO后我国卷板机工业正在步入一个高速发展的快道，并成为国民经济的重要产业，对国民经济的贡献和提高人民生活质量的作用也越来越大。预计“十五”期末中国的卷板机总需求量为600万辆，相关装备的需求预计超过1000亿元。到2010年，中国的卷板机生产量和消费量可能位居世界第二位，仅次于美国。而其在装备工业上的投入力度将会大大加强，市场的竞争也愈演愈烈，产品的更换也要求卷板机装备工业不断在技术和工艺上取得更大的优势：1.从国家计委立项的情况看，卷板机工业1000万以上投入的项目达近百项；2.卷板机工业已
