开卷机关键部件的有限元分析及尺寸优化

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1、分类号：TG333.2密级：公开UDC：学校代码：10127硕士学位论文论文题目：开卷机关键部件的有限元分析及尺寸优化英文题目:FiniteelementanalysisandsizeoptimizationofkeycomponentsofUncoiler学位类别：工程硕士研究生姓名：王岩学号：2013022241学科(领域)名称：机械工程指导教师：王昌职称：教授2015年6月3日内蒙古科技大学硕士学位论文内蒙古科技大学硕士学位论文摘要开卷机作为各类板材校平过程中的专用机床,可组成开卷、校平生产线。本课题来源于济南锐孚

2、工程机械有限公司为河北凌云工业集团有限公司提供的开卷、校平、冲孔、冷弯成型、切断自动化加工生产线，该生产线主要为大众和比亚迪汽车生产汽车保险杠及U型梁。开卷机是该生产线中的关键设备，该生产线采用的开卷机为我们根据生产要求及现场条件改进后加工后制造而成，在设计时本着安全系数就高不就低的原则，导致其主要零部件主轴及扇形板结构比较笨重，针对设计时安全系数选取过大这一问题，本文通过大量的文献资料查询,确定使用workbench13.0软件对开卷机装配体中主轴、扇形板来进行有限元模拟分析或尺寸优化。国内外对开卷机的分析主要集中在将

3、各种工况简化、等效来单独分析主轴或扇形板，但是该方法与实际工况相差较大。为了使开卷机主轴及扇形板的有限元分析更符合实际工况，本文对开卷机整个装配体进行有限元分析，重点介绍了用workbench对开卷机主轴及扇形板进行静态、动态的应力、变形分析以及后续对主轴的优化，其主要研究内容及结论如下：(l)开卷机三维实体建模：首先用UG8.0对开卷机关键部件进行建模、装配，随后对装配体进行检查看其是否有干涉现象。干涉检查会优化生产设计，节约材料，干涉检查无误是进行后续有限元分析的重要前提；(2)平行四连杆开卷机装配体静态研究：用wo

4、rkbench在无需将各种工况简化等效的情况下对开卷机装配体进行静态有限元分析，该方法能够一次性方便快捷的得到主轴、扇形板的变形云图和应力分布图，其分析结果更符合实际；(3)开卷机装配体瞬态动力学研究：经过对开卷机进行瞬态动力学分析后,我们获得主轴及扇形板在瞬态时的应力、应变图。结果显示在开卷机启动时，应力随着开卷转速的增加而迅速增大但各部件强度、刚度均满足设计要求；(4)主轴的优化分析：以尺寸优化设计理论为基础，采用目标驱动优化法对开卷机主轴进行轻量化优化，其优化结果表明，主轴质量有较大减小（减小了12.54%）。主轴

5、的强度、刚度都满足最初设计要求，取得较好优化效果。经过对开卷机进行静态、动态仿真分析和对主轴进行的轻量化优化设计，提高了中小企业的设计水准并对自行设计制造开卷机有一定的借鉴意义。关键词：开卷机装配体；静态分析；瞬态动力学分析；主轴优化I内蒙古科技大学硕士学位论文AbstractTheuncoilerisaspecialequipmentforallkindsofmetalsheetlevelingproductionline,itcanconstitutetheuncoiling,levelingproductionli

6、neaccordingtotheactualneedofproduction.ThistopiccomesfromConstructionMachineryCo.LtdinJi'nanRuiFuforHebeiLingyunIndustrialGroupCo.Ltd.Providetheuncoiling,leveling,punching,coldrollforming,cuttingautomationproductionline.TheproductionlineismainlyfortheVolkswagenan

7、dBYDcarproductioncarbumperandUtypebeam.Theuncoilerisakeyequipmentintheproductionline,andthisproductionlineadoptstheuncoileraccordingtoproductionrequirementsandsiteconditionsforusaftertheimprovedprocessing,Inthedesignofsafetycoefficientishighnotlowprinciple,leadin

8、gtoitsmaincomponentsmainshaftandfan-shapedplatestructuretoheavy.Inviewofthesafetycoefficientselectionistoolargeintheproblemdesign.Inthispaper,wethroughalargenu