三輥卷板機(jī)關(guān)鍵零件有限元結(jié)構(gòu)分析畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題 目： 三輥卷板機(jī)關(guān)鍵零件有限元結(jié)構(gòu)分析 </p><p>　　學(xué)院： 機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： </p>

2、;<p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　導(dǎo)師姓名： </p><p>　　完成日期： 2014年6月6日

3、 </p><p>　　誠(chéng) 信 聲 明</p><p><b>　　本人聲明：</b></p><p>　　1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果；</p><p>　　2、據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)

4、表過(guò)的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過(guò)的材料；</p><p>　　3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。</p><p>　　作者簽名： 日期： 年 月 日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　題目：

5、 三輥卷板機(jī)關(guān)鍵零件有限元結(jié)構(gòu)分析 </p><p>　　姓名系 機(jī)械工程 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班級(jí) 學(xué)號(hào) </p><p><b>　　基本任務(wù)及要求：</b></p><p>　　1.查閱有關(guān)三輥卷板機(jī)結(jié)構(gòu)分析文獻(xiàn)15篇以上，分析三輥卷板

6、機(jī)結(jié)構(gòu)分析的現(xiàn)狀和常用方法，寫出文獻(xiàn)綜述。 </p><p>　　2.建立三輥卷板機(jī)各關(guān)鍵零部件的三維實(shí)體模型。 </p>&

7、lt;p>　　3.根據(jù)三輥卷板機(jī)的工作原理和工作過(guò)程，進(jìn)行三輥卷板機(jī)的典型工況載荷分析。 </p><p>　　4.對(duì)關(guān)鍵零件機(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。

8、 </p><p>　　5.撰寫畢業(yè)論文，字?jǐn)?shù)15000以上。 </p><p>　　進(jìn)度安排及完成時(shí)間：</p><p>　　2.23－3.10：熟悉課題、查閱文獻(xiàn)資料

9、 </p><p>　　3.11－3.24：撰寫文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告 </p><p>　　4.1－4.10：零、部件的三維建模 （4月份完成畢業(yè)實(shí)習(xí)）

10、 </p><p>　　4.11－4.20：典型工況載荷分析 </p><p>　　4.21－5.1：輥輪分析

11、 </p><p>　　5.2－5.15：支架分析 </p><p>　　5.16－5.26：撰寫畢業(yè)論文

12、 </p><p>　　5.27－5.31 根據(jù)指導(dǎo)老師評(píng)閱意見進(jìn)行修改 </p><p>　　6.3－6.7：畢業(yè)答辯

13、 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　

14、1.1 機(jī)械對(duì)稱式三輥卷板機(jī)基本概況2</p><p>　　1.1.1三輥卷板機(jī)的工作原理2</p><p>　　1.1.2三輥卷板機(jī)的工作過(guò)程2</p><p>　　1.1.3三輥卷板機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)與結(jié)構(gòu)分析的現(xiàn)狀4</p><p>　　1.2方案的確定5</p><p>　　1.3 課題的主要內(nèi)容與技術(shù)方案

15、6</p><p>　　第2章三維實(shí)體建模7</p><p>　　2.1 基本參數(shù)及各零部件載荷7</p><p>　　2.1.1基本參數(shù)內(nèi)容7</p><p>　　2.1.2設(shè)計(jì)參數(shù)7</p><p>　　2.1.3 關(guān)鍵零部件實(shí)體模型11</p><p>　　第3章 有限元法與各

16、零部件靜力學(xué)分析13</p><p>　　3.1有限元法簡(jiǎn)介13</p><p>　　3.1.1有限元法基本原理13</p><p>　　3.1.2 solidworks有限元分析步驟13</p><p>　　3.2各零部件靜力學(xué)分析14</p><p>　　3.2.1靜力學(xué)分析的步驟14</p>

17、;<p>　　3.3上輥靜態(tài)分析14</p><p>　　3.3.1施加約束和載荷14</p><p>　　3.3.2 劃分網(wǎng)格15</p><p>　　3.3.3 靜力分析結(jié)果16</p><p>　　3.4 下輥靜力學(xué)分析19</p><p>　　3.4.1施加約束和載荷19</p&

18、gt;<p>　　3.4.2 劃分網(wǎng)格19</p><p>　　3.4.3 靜力分析結(jié)果20</p><p>　　3.5 支架靜力學(xué)分析22</p><p>　　3.5.1施加約束和載荷22</p><p>　　3.5.2劃分網(wǎng)格23</p><p>　　3.5.3靜力學(xué)結(jié)果分析23</

19、p><p>　　第4章 三輥卷板機(jī)輥輪和支架的模態(tài)分析27</p><p>　　4.1 模態(tài)分析概述27</p><p>　　4.1.1模態(tài)分析的步驟27</p><p>　　4.1.2模態(tài)分析的意義28</p><p>　　4.2上輥輪的模態(tài)分析29</p><p>　　4.2.1劃分網(wǎng)

20、格和施加約束條件29</p><p>　　4.2.2 結(jié)果分析29</p><p>　　4.3下輥輪的模態(tài)分析33</p><p>　　4.3.1劃分網(wǎng)格和施加約束條件33</p><p>　　4.3.2結(jié)果分析34</p><p>　　4.4支架的模態(tài)分析38</p><p>　　

21、4.4.1劃分網(wǎng)格和施加約束條件38</p><p>　　4.4.2結(jié)果分析39</p><p>　　第5章 三輥卷板機(jī)輥輪的疲勞分析46</p><p>　　5.1 上輥疲勞分析前處理46</p><p>　　5.1.1 疲勞分析結(jié)果46</p><p>　　5.2 下輥疲勞分析48</p>

22、<p>　　5.2.1 疲勞分析結(jié)果48</p><p><b>　　結(jié) 論51</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)52</b></p><p><b>　　致 謝53</b></p><p>　　三輥卷板機(jī)關(guān)鍵零件有限元分析</p>

23、<p>　　摘要：本設(shè)計(jì)是基于solidworks simulation軟件來(lái)對(duì)三輥卷板機(jī)關(guān)鍵零部件進(jìn)行分析。與傳統(tǒng)的計(jì)算分析相比，計(jì)算機(jī)有限元分析方法能更加快捷和精確的得到結(jié)果。設(shè)置正確的模型、劃分合適的網(wǎng)格，并合理設(shè)置求解過(guò)程，能夠準(zhǔn)確的獲得分析模型各個(gè)部位的應(yīng)力、變形等結(jié)果。對(duì)零件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化有很大的參考作用。</p><p>　　設(shè)計(jì)前部分詳細(xì)闡述了卷板機(jī)上、下輥及支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析。在該

24、結(jié)構(gòu)中上輥下壓提供壓力,兩下輥?zhàn)鲂D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),為卷制板材提供扭矩。設(shè)計(jì)后部分首先通過(guò)solid works建立三維模型，然后分析了三輥卷板機(jī)的上輥和下輥及支架的靜力，得出了它們的應(yīng)力、位移、安全系數(shù)圖解；然后分析了上輥和下輥及支架的模態(tài)，得出了它們?cè)诓煌l率下的振動(dòng)圖；然后分析了上輥和下輥及支架的疲勞，得出了它們的壽命、疲勞安全系數(shù)圖解等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：卷板機(jī)；三維建模；solidworks simu

25、lation；動(dòng)靜態(tài)分析</p><p>　　Three roller bending machine key component FEA</p><p>　　Abstract：The key parts of three roller bending machine is analyzed based on the Solid-works Simulation software, In

26、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

27、 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 optimiz</p><p>　　During the front part of the desi

28、gn, 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

29、 did revolution sport , for the sheet material provided moment。The last part，F(xiàn)irstly by Solid-Works to built 3D model. Then analyzed the static of three-roller bending machine,s upper roller、lower roller and bracket ,Obt

30、aining their stress level、d</p><p>　　Key words: Plate bending rolls; 3d modeling; Solid-works Simulation; Dynamic and static analysis </p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　

31、　目前國(guó)內(nèi)三輥卷板機(jī)的設(shè)計(jì)主要采用經(jīng)驗(yàn)和類比設(shè)計(jì)，在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于超載，市場(chǎng)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(wèn)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(jì)輥輪和機(jī)架時(shí)必須保證有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)也要考慮工況載荷時(shí)的振動(dòng)情況。</p><p&g

32、t;　　為了更好、更精確地設(shè)計(jì)出卷板機(jī)，縮短設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期，可以運(yùn)用當(dāng)今運(yùn)用較為廣泛的有限元分析軟件——solidworks simulation進(jìn)行模擬、動(dòng)態(tài)、仿真等分析，根據(jù)分析結(jié)果，可以求出輥輪及機(jī)架的靜力、模態(tài)及疲勞分析，檢驗(yàn)卷板機(jī)使用壽命、短強(qiáng)度、剛度是否合格。</p><p>　　由于大多數(shù)實(shí)際復(fù)問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解決辦法，然而有限元不僅計(jì)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

33、廣泛、實(shí)用高效的數(shù)值分析法?？傊邢拊治鍪怯幂^簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解。</p><p>　　而在眾多類型卷板機(jī)中，機(jī)械對(duì)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。</p><p>　　本章就某一款典型機(jī)械式對(duì)稱三輥卷板機(jī)（如圖1-1所示）為例，闡

34、述三輥卷板機(jī)的工作原理，工作過(guò)程，及其發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì)等。</p><p>　　圖1-1 W11系列機(jī)械對(duì)稱式三輥卷板機(jī)</p><p>　　1.1 機(jī)械對(duì)稱式三輥卷板機(jī)基本概況</p><p>　　1.1.1三輥卷板機(jī)的工作原理</p><p>　　卷板機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式可以分為主運(yùn)動(dòng)和輔運(yùn)動(dòng)兩種形式。主運(yùn)動(dòng)是指構(gòu)成卷板機(jī)的上輥和下輥對(duì)加工板材

35、的旋轉(zhuǎn)、彎折等運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)完成卷板機(jī)的加工任務(wù)。輔運(yùn)動(dòng)是卷板機(jī)在卷板過(guò)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(yùn)動(dòng)。</p><p>　　機(jī)械對(duì)稱式三輥卷板機(jī)主要有左右機(jī)架、上下輥輪、床身、油缸、電氣和液壓系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。上輥在兩下輥中央對(duì)稱位置作垂直升降運(yùn)動(dòng)，兩下輥?zhàn)餍D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在卷取鋼板時(shí)，由于上輥的壓力，使支承在兩個(gè)下輥上的板材形成三點(diǎn)彎曲。因此板材的成型過(guò)程可以看成是三輥卷板機(jī)對(duì)板

36、材做連續(xù)的三點(diǎn)彎曲的過(guò)程. 對(duì)稱式三輥卷板機(jī)的卷板過(guò)程可分為下壓和滾彎兩個(gè)過(guò)程。在下壓過(guò)程中通過(guò)中心輥的下壓使板料產(chǎn)生彈塑性變形；在滾彎過(guò) 圖1-2 W11系列機(jī)械對(duì)稱式三輥卷板機(jī)工作原理程中兩側(cè)輥是驅(qū)動(dòng)輥，通過(guò)兩側(cè)輥的驅(qū)動(dòng)以及側(cè)輥和板料之間的摩擦力使板料送進(jìn)。這樣板料t的各部位都將經(jīng)歷相同的三點(diǎn)彎曲過(guò)程，從而得到想要的曲率半徑。如圖1-2所示(a)、 (b)、(c)分別表示下壓前、下壓后和滾彎后。</p>&l

37、t;p>　　1.1.2三輥卷板機(jī)的工作過(guò)程</p><p>　　加工時(shí)將被加工板材的一端送入三輥卷板機(jī)的上、下軋輥之間，然后對(duì)上輥施加一向下的位移，使位于下方的板材部分因受壓而產(chǎn)生一定的塑性彎曲變形。當(dāng)下輥被驅(qū)動(dòng)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于板材與軋輥之問(wèn)存在摩擦力，所以當(dāng)軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)板材也就沿其縱向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)板材依次通過(guò)上輥的下方即變形區(qū)時(shí)，應(yīng)力超過(guò)屈服極限，則將產(chǎn)生塑性變形。板材也就獲得了沿其全長(zhǎng)的塑性彎曲變形。適當(dāng)調(diào)

38、整軋輥之間的相對(duì)位置，就可以把板材彎成半徑不小于上輥半徑的任意值。其缺點(diǎn)在于對(duì)稱式的機(jī)器不能彎卷板材的全部長(zhǎng)度。板材兩端有略小于兩個(gè)下輥之問(wèn)距離之半的長(zhǎng)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。</p><p>　　三輥卷板機(jī)利用卷板機(jī)對(duì)板料進(jìn)行連續(xù)三點(diǎn)彎曲的過(guò)程，如圖1-3(a）、(b)、(c)、(d) 所示，卷板工藝過(guò)程大致分為4步：</p><p&g

39、t;　　圖 1-3 W11系列機(jī)械式對(duì)稱三輥卷板機(jī)工作過(guò)程</p><p>　?。?）預(yù)彎(a)：板材兩端有略小于兩個(gè)下輥之問(wèn)距離之半的長(zhǎng)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。</p><p>　　卷板時(shí)平板兩端各有一段長(zhǎng)度由于接觸不到上輥而不發(fā)生彎曲，稱為剩余直邊，工藝上將平板開始彎曲的最小力臂叫做理論剩余直邊，</p><p

40、>　　對(duì)稱式三輥卷板機(jī)剩余直邊為兩下輥中心距的一半。但為避免板料從滾筒間滑落，實(shí)際剩余直邊常比理論值大。一般對(duì)稱彎曲時(shí)為板厚6～20倍。由于剩余直邊在校圓時(shí)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(duì)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(duì)稱彎曲的卷板機(jī)或帶彎邊墊板的對(duì)稱三輥卷板機(jī)都具有彎邊的能力。</p><p>　　1）采用壓力機(jī)模壓預(yù)彎

41、。a)</p><p>　　2）用托板在滾圓機(jī)內(nèi)預(yù)彎。b)</p><p>　　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</p><p>　　圖 1-4 鋼板預(yù)彎示意圖</p><p>　?。?）對(duì)中(b)：對(duì)中的目的是使工件母線與輥軸平行，防止產(chǎn)生扭斜。</p><p>　?。?）卷筒(c

42、)：卷筒是產(chǎn)品成形的主過(guò)程，分為一次進(jìn)給與多次進(jìn)給。進(jìn)給次數(shù)取決于工藝限制條件（如冷卷時(shí)不得超過(guò)允許的最大變形率）及設(shè)備限制條件（如不打滑條件和功率條件）。冷卷回彈量顯著時(shí)，須加一定得過(guò)卷量。</p><p>　?。?）矯圓(d)：矯圓的目的是盡可能是整圓曲率均勻一致，提高產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　一般矯圓分三個(gè)步驟：</p><p>　　1）加載：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或

43、計(jì)算將輥筒調(diào)到所需的最大矯正曲率位置。</p><p>　　2）滾圓：將輥筒在矯正曲率下滾圓1～2圈（注意滾卷焊接區(qū)）使整圓曲率一致。</p><p>　　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。</p><p>　　1.1.3三輥卷板機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)與結(jié)構(gòu)分析的現(xiàn)狀</p><p>　　國(guó)內(nèi)卷板機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)為：</p

44、><p>　?。?）隨著我國(guó)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(duì)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。同時(shí)，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；</p><p>　?。?）油罐車、儲(chǔ)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(zhǎng)型、多曲率和數(shù)控化的方向發(fā)展；</p><p>　?。?/p>

45、3）以卷板機(jī)為主要加工設(shè)備實(shí)現(xiàn)成套化配置，從而為客戶提供整體解決方案。如風(fēng)電塔筒成形整體解決方案等值實(shí)現(xiàn)；</p><p>　　（4）專家表示先進(jìn)的工程機(jī)械卷板機(jī)的產(chǎn)品大多采用微機(jī)控制技術(shù)，卷板機(jī)實(shí)現(xiàn)了各種工況下的自動(dòng)判斷、控制機(jī)器發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出，達(dá)到機(jī)器與發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳功率匹配，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗，并自動(dòng)診斷機(jī)器狀態(tài)，可以提醒駕駛員及時(shí)修理機(jī)器，使其始終保持良好狀態(tài)。</p><p>

46、　　國(guó)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(jiǎn)單，隨著對(duì)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(guó)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。機(jī)架和輥輪的受力情況變得復(fù)雜，卷板機(jī)安全性和可靠性更重要，而且產(chǎn)品重量也逐步上升。但是實(shí)際使用中還存在一些問(wèn)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?！　∵€有隨

47、著國(guó)家對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，環(huán)保型工程機(jī)械產(chǎn)品將形成廣闊的市場(chǎng)，甚至可能成為今后國(guó)內(nèi)工程機(jī)械發(fā)展的主流。環(huán)保設(shè)計(jì)將形成一種全新的設(shè)計(jì)理念。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。</p><p><b>　　1.2方案的確定</b></p><p>　　通過(guò)上節(jié)對(duì)工作原理和工作過(guò)程的分析，根據(jù)各種類型卷板機(jī)的特點(diǎn)，再根據(jù)三輥卷板機(jī)的不同類型所具有

48、的特點(diǎn)，雙輥卷板機(jī)不需要預(yù)彎、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但彎曲板厚受限制，只適合小批量生產(chǎn)。四輥卷板機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)又高。雖然三輥卷板機(jī)不能預(yù)彎，但是可以通過(guò)手工或其它方法進(jìn)行預(yù)彎。</p><p>　　最后形成本設(shè)計(jì)方案：W12×2000對(duì)稱三輥卷板機(jī)（表1-4所示，W系列規(guī)格表）</p><p>　　表1-4 W系列規(guī)格表</p><p>　　1.3 課題的主要內(nèi)容與技

49、術(shù)方案</p><p>　　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。</p><p>　　具體的技術(shù)方案如下：</p><p>　?。?）研究W11系列

50、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)；</p><p>　?。?）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；</p><p>　?。?）利用solidworks simulation對(duì)

51、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；</p><p>　?。?）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S-N曲線的選擇。</p><p><b>　　研究卷板機(jī)的相</b>&l

52、t;/p><p>　　關(guān)技術(shù)參數(shù)、模型特點(diǎn)</p><p>　　關(guān)鍵零部件solidworks模型</p><p>　　基于有限元分析軟件solidworks</p><p>　　simulation進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)分析</p><p><b>　　有限元結(jié)果分析</b></p><

53、p>　　圖1-5 技術(shù)方案流程圖</p><p><b>　　第2章三維實(shí)體建模</b></p><p>　　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solidw

54、orks只對(duì)三輥卷板機(jī)機(jī)架、輥輪建模，并組裝。</p><p>　　2.1 基本參數(shù)及各零部件載荷</p><p>　　2.1.1基本參數(shù)內(nèi)容</p><p>　　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)

55、稱式三輥卷板機(jī)的基本參數(shù)包括以下內(nèi)容：</p><p>　　（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；</p><p>　?。?）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；</p><p>　?。?）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

56、型后的半徑來(lái)確定，它直接影響整個(gè)機(jī)架的寬度；</p><p>　?。?）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；</p><p>　?。?）線性力載荷：卷板機(jī)壓彎板材時(shí)的力載荷；</p><p>　　（6）材料屬性：指密度、彈性模量、泊松比等；</p><p>　?。?）許用應(yīng)力：指輥輪材料

57、的最大受力載荷；</p><p><b>　　2.1.2設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p><b>　　（1）已知設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>　　此卷板機(jī)用于卷制屈服極限為130MPa～160MPa低碳鋼。</p><p>　　表2-1主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　表

58、2-2板材強(qiáng)化系數(shù)表</p><p>　　注：對(duì)其它鋼材可按K0=2.1計(jì)算，其中為伸長(zhǎng)率</p><p>　?。?）. 所求設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　上輥軸直徑：=140mm 下輥軸直徑：=120mm </p><p>　　最小卷圓直徑：=500mm</p><p>　?。?）. 確定卷板機(jī)壓力參數(shù)</p

59、><p>　　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)：</p><p>　　板材的彎曲力矩與作用在下輥上的力的力矩平衡，由此可求得上、下輥的受力：（見圖2-1）</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>

60、;　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　圖2-1軸輥受力分析</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　R——彎曲最小半徑，產(chǎn)生于卷圓最小時(shí)。R=</p><p>　　M——彎曲力矩，M=。

61、k1為形狀系數(shù)，矩形斷面取k1=1.5；</p><p>　　r為相對(duì)半徑，r=R/；W為橫截面的斷面模數(shù)，W=；</p><p>　　l——兩下輥中心距；</p><p>　　1）板料成型最大是的基本參數(shù)</p><p>　　R=mm r==21mm </p><p><b>　　W=

62、mm</b></p><p>　　2）板料變形為100%時(shí)的最大彎矩M</p><p><b>　　M=N·mm</b></p><p>　　3）上下輥所受壓力F</p><p><b>　　下輥的力：</b></p><p><b>　　N&

63、lt;/b></p><p><b>　　上輥的力：</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　因此；可知輥筒在卷成最小時(shí)受力最大： 上輥受力N</p><p><b>　　下輥受力N</b></p><p>　?。?）.

64、 確定卷板機(jī)支架受力參數(shù)</p><p>　　從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上來(lái)看(圖2-2)，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

65、而有：</p><p><b>　　圖2-2結(jié)構(gòu)分析圖</b></p><p>　　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：</p><p>　?。?b=/2000＝2.197×10/2000＝109.85 N/mm＝1.0985×105 N/m</p><p>　

66、　下輥孔為=/2=0.54925×10 N/m</p><p>　　2.1.3 關(guān)鍵零部件實(shí)體模型</p><p>　　圖2-3 W11系列機(jī)械式對(duì)稱三輥卷板機(jī)上輥實(shí)體建模圖</p><p>　　圖2-4 W11系列機(jī)械式對(duì)稱三輥卷板機(jī)下輥實(shí)體建模圖</p><p>　　圖2-5W11系列機(jī)械式對(duì)稱三輥卷板機(jī)床身實(shí)體建模圖</

67、p><p>　　圖2-6 W11系列機(jī)械式對(duì)稱三輥卷板機(jī)實(shí)體建模組裝圖</p><p>　　第3章 有限元法與各零部件靜力學(xué)分析</p><p><b>　　3.1有限元法簡(jiǎn)介</b></p><p>　　3.1.1有限元法基本原理</p><p>　　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，

68、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。</p><p>　　3.1.2 solidworks

69、有限元分析步驟</p><p>　　3.2各零部件靜力學(xué)分析</p><p>　　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

70、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。</p><p>　　3.2.1靜力學(xué)分析的步驟</p><p>　　靜力學(xué)分析的基本步驟為：</p><p>　?。?）建立幾何模型；</p><

71、p>　?。?）定義材料屬性；</p><p><b>　?。?）定義分析步；</b></p><p>　　（4）施加邊界條件和載荷；</p><p>　?。?）選擇單元類型和劃分網(wǎng)格；</p><p><b>　?。?）運(yùn)行求解；</b></p><p><b&g

72、t;　　（7）結(jié)果評(píng)定。</b></p><p><b>　　3.3上輥靜態(tài)分析</b></p><p>　　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。</p><p>　　3.3.1施加約束

73、和載荷</p><p>　　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)板料置于輥?zhàn)又虚g部時(shí)，上輥受到的均布載荷為＝2.197×10N，如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 上輥輪模型約束和載荷圖</p><p>　　表3-1零件受力情況</p><

74、p>　　3.3.2 劃分網(wǎng)格</p><p>　　網(wǎng)格劃分，更精確地說(shuō)應(yīng)該稱為離散化，就是將一數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為有限元模型以準(zhǔn)備求解.作為一種有限元方法，網(wǎng)格劃分完成兩項(xiàng)任務(wù)。第一，它用一離散的模型替代連續(xù)模型.因此，網(wǎng)格劃分將問(wèn)題簡(jiǎn)化為一系列有限多個(gè)未知域，而這些未知域符合由近似數(shù)值技術(shù)的求解結(jié)果.第二，它用一組單元各自定義的簡(jiǎn)單多項(xiàng)式函數(shù)來(lái)描述我們渴望得到的解(如：位移或溫度)。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，網(wǎng)格劃分是求

75、解問(wèn)題必不可少的一步，如圖3-2所示。</p><p>　　Simulation提供了4種網(wǎng)格類型：</p><p>　　實(shí)體網(wǎng)格：實(shí)體網(wǎng)格為四面體單元，適合于大體積和復(fù)雜的三維模型；</p><p>　　使用中性面的外殼網(wǎng)格：對(duì)于相對(duì)比較簡(jiǎn)單額薄壁零件（如鈑金零件），程序自動(dòng)提取零件的中性面并自動(dòng)地安排中性面殼網(wǎng)格的厚度。</p><p>

76、　　使用曲面的外殼網(wǎng)格：可以應(yīng)用在零件和組件中。該網(wǎng)格類型是曲面模型的唯一選擇，對(duì)于每一個(gè)殼體可以定義它們各自的殼單元厚度和材料。</p><p>　　混合網(wǎng)格：使用此選項(xiàng)可在同一個(gè)研究中加入實(shí)體要素和外殼要素。</p><p>　　注：?jiǎn)卧竦拇笮】梢钥刂圃谝欢ǖ姆秶鷥?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(duì)應(yīng)力集中的地方可以用網(wǎng)格控制來(lái)局部劃分。</p&

77、gt;<p>　　圖3-2 上輥輪模型網(wǎng)格圖</p><p><b>　　表3-2網(wǎng)格信息表</b></p><p>　　3.3.3 靜力分析結(jié)果</p><p>　?。?）應(yīng)力、應(yīng)變、位移與安全系數(shù)，如圖3-3、3-4、3-5、3-6所示。</p><p>　　圖3-3 上輥輪模型靜力分析總應(yīng)力云圖<

78、;/p><p>　　由圖3-3可得，最大von mises應(yīng)力集中在上輥兩端安裝滑動(dòng)軸承的軸頸截面處,為147.998416MPa，材料的屈服力為235MPa，并且應(yīng)力小于Q235的許用應(yīng)力（表3-3）， 因此, 上輥在強(qiáng)度和剛度方面是滿足條件的。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。</p><p>　　表3-3 Q235-A許用應(yīng)力</p><p>

79、　　（單位：MPa（））</p><p>　　圖3-4上輥輪模型靜力分析總位移云圖</p><p>　　由圖3-4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，即零件在此發(fā)生的位移越大。</p><p>　　位移說(shuō)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0.34mm。</p><p>　　圖3-5 上輥輪模型靜力

80、分析總應(yīng)變?cè)茍D</p><p>　　由圖3-5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(wú)量綱為一的。</p><p>　　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。</p><p>　　所有對(duì)應(yīng)力圖解所做的后處理特征同樣適用于應(yīng)變圖解。</p><p>

81、　　圖3-6 上輥輪模型靜力分析總安全系數(shù)云圖</p><p>　　由圖3-6可知，其對(duì)應(yīng)的靜力學(xué)安全系數(shù)為1.59。從參考手冊(cè)中查得，Q235要求的安全系數(shù)為1.5～3。所以能滿足上輥輪的靜力學(xué)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的要求。輥輪軸階處由于應(yīng)力集中，受力較大，可以采用倒角、延長(zhǎng)過(guò)渡面、加厚的方式減小應(yīng)力集中。</p><p>　　考慮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(jì)算結(jié)

82、果中提取最大Von Mises應(yīng)力進(jìn)行分析，從而評(píng)估其安全性能。利用好安全系數(shù)分布云圖，可以對(duì)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。</p><p>　　3.4 下輥靜力學(xué)分析</p><p>　　3.4.1施加約束和載荷</p><p>　　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

83、，當(dāng)板料置于輥?zhàn)又虚g部時(shí)，下輥受到的均布載荷為＝1.22×10N，如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 下輥輪模型約束和載荷圖</p><p>　　表3-4 零件受力情況</p><p>　　3.4.2 劃分網(wǎng)格</p><p>　　下輥劃分網(wǎng)格的方式和上輥是相同的。</p><p>　　圖3-8

84、下輥輪模型網(wǎng)格圖</p><p>　　表3-5 網(wǎng)格信息表</p><p>　　3.4.3 靜力分析結(jié)果</p><p>　　應(yīng)力、應(yīng)變、位移與安全系數(shù)分析結(jié)果如圖3-9、3-10、3-11、3-12所示。</p><p>　　圖3-9 下輥輪模型靜力分析總應(yīng)力云圖</p><p>　　由圖3-9可知，最大von mi

85、ses應(yīng)力為142.742096MPa，材料的屈服力為235MPa，并且應(yīng)力小于Q235的許用應(yīng)力157，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。</p><p>　　圖3-10 下輥輪模型靜力分析總位移云圖</p><p>　　由圖3-10可知，下輥分析與上輥相同，位移說(shuō)明結(jié)構(gòu)的剛度是不是足夠。下輥的最大位移為0.457mm。</p><p>　　圖

86、3-11 下輥輪模型靜力分析總應(yīng)變?cè)茍D</p><p>　　由圖3-11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(wú)量綱為一的。</p><p>　　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。</p><p>　　所有對(duì)應(yīng)力圖解所做的后處理特征同樣適用于應(yīng)變圖解。</p&g

87、t;<p>　　圖3-12 下輥輪模型靜力分析總安全系數(shù)云圖</p><p>　　由圖3-12可知，根據(jù)分析結(jié)果下輥?zhàn)畲髴?yīng)力為143MPa，小于Q235的屈服強(qiáng)度235MPa；其對(duì)應(yīng)的靜力學(xué)的安全系數(shù)為1.65。從參考手冊(cè)中查得，Q235要求的安全系數(shù)為1.5～3。所以能滿足上輥輪的靜力學(xué)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的要求。輥輪軸階處由于應(yīng)力集中，受力較大，可以采用倒角、延長(zhǎng)過(guò)渡面、加厚的方式減小應(yīng)力集中。</p

88、><p>　　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(píng)估其安全性能。利用好安全系數(shù)分布云圖，可以對(duì)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。</p><p>　　3.5 支架靜力學(xué)分析</p><p>　　3.5.1施加約束和載荷</p><p>　　根據(jù)卷

89、板機(jī)的工作原理可知，支架底端固定不能動(dòng)。</p><p>　　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</p><p>　?。?b=/2000＝2.197×10/2000＝109.85 N/mm＝1.0985×105 N/m</p><p>　　下輥孔為=/2=0.54925×10 N/m</p><p&

90、gt;　　由于支架是承受輥輪對(duì)其產(chǎn)生的力，即所受反作用力，并且此處與軸承配合，故施加載荷時(shí)選用軸承載荷。如圖3-13所示。</p><p>　　圖3-13 支架載荷和約束圖</p><p><b>　　3.5.2劃分網(wǎng)格</b></p><p>　　支架的劃分網(wǎng)格和輥輪的一樣，單元?jiǎng)澐朱`活運(yùn)用，材料屬性也是選用Q235.</p>

91、<p>　　圖3-14支架網(wǎng)格圖</p><p>　　3.5.3靜力學(xué)結(jié)果分析</p><p>　　應(yīng)力、應(yīng)變、位移與安全系數(shù)分析結(jié)果如圖3-15、3-16、3-17、3-18所示。</p><p>　　圖3-15 支架模型靜力分析總應(yīng)力云圖</p><p>　　由圖3-15可知，最大von mises應(yīng)力為41.365256MPa

92、，材料的屈服力為235MPa，并且應(yīng)力小于Q235的許用應(yīng)力157（表3-1），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。</p><p>　　圖3-16支架模型靜力分析位移圖</p><p>　　由圖3-16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，即零件在此發(fā)生的位移越大。</p><p>　　位移說(shuō)明結(jié)構(gòu)的剛度是不是足夠。支架的最

93、大位移為0.03mm。</p><p>　　圖4-17支架模型靜力分析總應(yīng)變圖</p><p>　　由圖3-17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(wú)量綱為一的。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。</p><p>　　所有對(duì)應(yīng)力圖解所做的后處理特征同樣適用于應(yīng)變圖解

94、。</p><p>　　圖4-18支架模型靜力分析總安全系數(shù)圖</p><p>　　由圖3-18可知，根據(jù)分析結(jié)果支架最大應(yīng)力為41MPa，小于Q235的屈服強(qiáng)度235MPa；其對(duì)應(yīng)的靜力學(xué)的安全系數(shù)為5.68。從參考手冊(cè)中查得，所以能滿足上輥輪的靜力學(xué)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的要求。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。其中最大位移為0.03mm。</p>&l

95、t;p>　　第4章 三輥卷板機(jī)輥輪和支架的模態(tài)分析</p><p>　　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(guò)程稱為模態(tài)分析.這個(gè)分析過(guò)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(guò)試驗(yàn)將采集的系統(tǒng)輸入與輸出信號(hào)經(jīng)

96、過(guò)參數(shù)識(shí)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.</p><p>　　4.1 模態(tài)分析概述</p><p>　　振動(dòng)模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)固有的、整體的特性.通過(guò)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.</p

97、><p>　　近十多年來(lái)，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(wèn)世.</p><p>　　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

98、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.</p><p>　　用處：模態(tài)分析的最終目標(biāo)在是識(shí)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).</p><p>　　4.1.1模態(tài)分析的步驟</p><p>　　模態(tài)分析中的主要有四個(gè)步驟如下：</p><

99、p><b>　?。?）建模。</b></p><p><b>　　1）必須定義密度。</b></p><p>　　2）只能使用線性單元和線性材料，非線性性質(zhì)將忽略。</p><p>　?。?）選擇分析步類型并設(shè)置相應(yīng)選項(xiàng)。</p><p>　　1）定義一個(gè)線性攝動(dòng)步（Linear Pertur

100、bation）的頻率提取分析步（Frequency Extraction）。</p><p><b>　　2）模態(tài)提取選項(xiàng)。</b></p><p><b>　　3）其他選項(xiàng)。</b></p><p>　　（3）施加邊界條件、載荷并求解。</p><p><b>　　1）施加邊界條件<

101、;/b></p><p>　　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。然而，程序形成的載荷向量可以在隨后的模態(tài)疊加分析中使用位移約束。</p><p>　　施加必須得約束來(lái)模擬實(shí)際的固定情況。</p><p>　　在沒(méi)有施加約束的方向上將計(jì)算剛體振動(dòng)。</p><p>　　不允許有非零位移約束。</p>

102、<p>　　對(duì)稱邊界條件只產(chǎn)生對(duì)稱的振動(dòng)，所以將會(huì)丟失一些振型。</p><p><b>　　3）求解。</b></p><p>　　通常采用一個(gè)載荷步。</p><p>　　為了研究不同位移約束的效果，可以采用對(duì)載荷步（例如，對(duì)稱邊界條件采用一個(gè)載荷步，反對(duì)稱邊界條件采用另一個(gè)載荷步）。</p><p>&l

103、t;b>　　4）結(jié)果處理。</b></p><p>　　4.1.2模態(tài)分析的意義</p><p>　?。?）評(píng)價(jià)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析，求得結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)參數(shù)，從而評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性是否符合要求，并校驗(yàn)理論計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。</p><p>　?。?）新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)估及優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><

104、;p>　?。?）診斷及預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的故障。</p><p>　?。?）控制結(jié)構(gòu)的輻射噪聲。結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)，各階模態(tài)對(duì)噪聲的“貢獻(xiàn)”并不相同，通過(guò)調(diào)整或抑制對(duì)噪聲貢獻(xiàn)大的“優(yōu)秀模態(tài)”，便可降低噪聲。</p><p>　?。?）識(shí)別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的載荷。</p><p>　　4.2上輥輪的模態(tài)分析</p><p>　　4.2.1劃分網(wǎng)格和施加約束條件

105、</p><p>　　圖4-1 上輥輪模態(tài)分析施加約束網(wǎng)格圖</p><p>　　4.2.2 結(jié)果分析</p><p>　　上輥輪自由振動(dòng)前七階振型云圖，如圖4-2~4-8所示。</p><p>　　圖4-2 上輥輪模態(tài)分析一階模態(tài)云圖</p><p>　　圖4-3 上輥輪模態(tài)分析二階模態(tài)云圖</p>&

106、lt;p>　　圖4-4 上輥輪模態(tài)分析三階模態(tài)云圖</p><p>　　圖4-5 上輥輪模態(tài)分析四階模態(tài)云圖</p><p>　　圖4-6 上輥輪模態(tài)分析五階模態(tài)云圖</p><p>　　圖4-7 上輥輪模態(tài)分析六階模態(tài)云圖</p><p>　　圖4-8 上輥輪模態(tài)分析七階模態(tài)云圖</p><p>　　一階振型（

107、f1= 170.5Hz）為上輥輪中部上下彎曲振動(dòng)，該振動(dòng)將會(huì)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。</p><p>　　二階振型（f2=170.72Hz）為上輥輪中部橫向彎曲振動(dòng)。</p><p>　　三階振型（f3＝466.43Hz ）為上輥輪左右1/4處彎曲振動(dòng)，該振動(dòng)將會(huì)兩端端及中部的彎曲應(yīng)力。</p><p>　　四階振型（f4=466.8Hz）

108、為上輥輪左右1/4處彎曲振動(dòng)，該振動(dòng)將會(huì)增大下輥輪兩端軸階處彎曲應(yīng)力。</p><p>　　五階振型 （f5=621.25Hz ）為上輥輪中部及左右1/4處彎曲振動(dòng)，該振動(dòng)將會(huì)增大下輥輪整體彎曲應(yīng)力及輥輪的扭矩。</p><p>　　六階振型 （f6＝882.61Hz ）為上輥輪中部及左右1/4處彎曲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，下輥輪整體發(fā)生彎曲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，該振動(dòng)將會(huì)增大上輥輪彎矩和扭矩。</p>

109、<p>　　七階振型 （f7＝883.07Hz ）為上輥整體擴(kuò)撒振動(dòng)，該振動(dòng)將會(huì)增大下輥輪彎矩和扭矩。</p><p>　　由圖4-2~4-6所示可以得知，上輥輪的中部受力和變化最大，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：上輥中部受力最大，最容易發(fā)生斷裂現(xiàn)象，也是疲勞強(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。</p><p>　　以

110、上是自由模態(tài)下的分析，它與約束載荷下的模態(tài)分析相差不大，因?yàn)槟B(tài)是物體的本身屬性，基本與加不加載荷無(wú)關(guān)。所以此次分析以自由模態(tài)為主。</p><p>　　4.3下輥輪的模態(tài)分析</p><p>　　4.3.1劃分網(wǎng)格和施加約束條件</p><p>　　與上輥輪模態(tài)分析同理，定義活動(dòng)橫梁材料為Q235，施加約束條件，劃分網(wǎng)格。</p><p>

111、　　圖4-9下輥輪模態(tài)分析約束網(wǎng)格圖</p><p><b>　　4.3.2結(jié)果分析</b></p><p>　　下輥輪自由振動(dòng)前七階振型云圖，如圖4-10~4-16所示。</p><p>　　圖4-10下輥輪模態(tài)分析一階模態(tài)云圖</p><p>　　圖4-11下輥輪模態(tài)分析二階模態(tài)云圖</p><p

112、>　　圖4-12下輥輪模態(tài)分析三階模態(tài)云圖</p><p>　　圖4-13下輥輪模態(tài)分析四階模態(tài)云圖</p><p>　　圖4-14下輥輪模態(tài)分析五階模態(tài)云圖</p><p>　　圖4-15下輥輪模態(tài)分析六階模態(tài)云圖</p><p>　　圖4-16下輥輪模態(tài)分析七階模態(tài)云圖</p><p>　　一階振型（f1=

113、131.85Hz）為下輥輪中部上下彎曲振動(dòng)，該振動(dòng)將會(huì)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。</p><p>　　二階振型（f2=131.97Hz）為下輥輪中部橫向彎曲振動(dòng)。</p><p>　　三階振型（f3＝374.79Hz ）為下輥輪左右1/4處彎曲振動(dòng)，該振動(dòng)將會(huì)兩端端及中部的彎曲應(yīng)力。</p><p>　　四階振型（f4=374.98Hz）為下

114、輥輪左右1/4處彎曲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，該振動(dòng)將會(huì)增大下輥輪兩端軸階處彎曲應(yīng)力，同時(shí)加劇兩端的扭矩。</p><p>　　五階振型 （f5=583.95Hz ）為下輥輪中部及左右1/4處彎曲振動(dòng)，該振動(dòng)將會(huì)增大下輥輪整體彎曲應(yīng)力及輥輪的扭矩。</p><p>　　六階振型 （f6＝732.52Hz ）為下輥輪中部及左右1/4處彎曲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，下輥輪整體發(fā)生彎曲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，該振動(dòng)將會(huì)增大上輥輪彎矩和扭矩。

115、</p><p>　　七階振型 （f7＝732.74Hz ）為下輥整體擴(kuò)撒振動(dòng)，該振動(dòng)將會(huì)增大下輥輪彎矩和扭矩。</p><p>　　圖4-10~4-16可知，對(duì)于三輥卷板機(jī)的輥輪來(lái)說(shuō)，當(dāng)其振動(dòng)頻率達(dá)到其固定有頻率時(shí)，其振動(dòng)幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其允許的位移量，這將直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。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

116、受力最大，最容易發(fā)生斷裂現(xiàn)象，也是疲勞強(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。</p><p>　　以上是自由模態(tài)下的分析，它與約束載荷下的模態(tài)分析相差不大，因?yàn)槟B(tài)是物體的本身屬性，基本與加不加載荷無(wú)關(guān)。所以此次分析以自由模態(tài)為主。</p><p>　　將上輥與下輥的分析結(jié)果相比較，下輥的平均受力和位移云圖等都小于上輥所承受的力，說(shuō)明在實(shí)際生產(chǎn)中，上