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一体化螺栓拉伸机的结构设计与研究

作　者: 庞厚华
导　师: 孙丽
学　校: 大连交通大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 螺栓拉伸器并联结构力学分析运动仿真
分类号: TH87
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 12次
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内容摘要

核反应堆压力容器每次更换核燃料时,为了防止核泄漏带来的危险,快速拆卸与预紧螺栓是解决问题的关键。压力容器上有58个主螺栓,螺栓直径很大,要求拉伸螺栓时拉伸力大小一致且同步。而工作环境恶劣,空间狭小也是拉伸螺栓时所面临的的问题。为了解决更换核燃料快速、安全,而且又要保证压力容器良好的密封性。在研究以前核用螺栓拉伸机存在的问题的基础上,提出了设计一种新型核用一体化螺栓拉伸机的思想。因为压力容器的密封主要是靠大直径形状不规则的螺栓联接,首先提出对大直径螺栓拉伸预紧的方法,即液压拉伸预紧技术。研究螺栓预紧力与拉伸缸输出压力的关系,为螺栓拉伸器的设计提供了理论依据。然后根据压力容器产品特征,提出了核电用螺栓拉伸器的设计要求与依据。在研究现有单缸体螺栓拉伸器结构优缺点的基础上,根据螺栓拉伸机总体设计思想,计算出螺栓的预紧力与变形量。通过查阅相关资料以及主要参数的计算与选择,设计出并联驱动螺栓拉伸器,最后设计出一体化螺栓拉伸机。该全自动化一体螺栓拉伸机,含有58个独立的螺栓拉伸器而且每个拉伸器上配有自动拧紧与松懈螺母装置。它有两个相同的液压缸并联驱动,在满足压力的情况下体积相对小,适用于狭小空间的工作环境。接着,对该结构的关键零部件进行了ANSYS静力学分析与动力学分析,验证了选材的正确性与结构设计的合理性。在分析计算的基础上进一步验证了该并联结构能满足工作的需要。最后,利用Pro/e设计出虚拟样机,并对工作过程中活塞的运动做了运动仿真分析。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题来源  10-11
  1.2 研究的背景与目的  11-12
  1.3 螺栓拉伸机的发展现状  12-15
  1.4 本课题的研究内容  15-17
第二章大直径螺栓的预紧方法  17-22
  2.1 引言  17
  2.2 液压拉伸预紧原理  17-18
  2.3 预紧力的确定  18-19
  2.4 拉伸缸输出压力的确定  19-21
  本章小结  21-22
第三章螺栓拉伸器的结构设计  22-48
  3.1 核反应堆压力容器特征  22-23
  3.2 螺栓拉伸器的设计要求与依据  23-24
    3.2.1 螺栓拉伸器的设计要求  23-24
    3.2.2 螺栓拉伸器的设计依据  24
  3.3 两种方案的比较  24-26
    3.3.1 单缸体螺栓拉伸器的结构与原理  24-25
    3.3.2 并联双缸驱动螺栓拉伸机结构  25-26
  3.4 主要设计参数的选择  26-45
    3.4.1 螺栓预紧力的计算  26-28
    3.4.2 螺栓伸长量的计算  28-29
    3.4.3 主螺母位移量的计算  29
    3.4.4 活塞的选材与尺寸计算  29-31
    3.4.5 高压油缸设计与校核  31-33
    3.4.6 传动机构的具体设计  33-41
    3.4.7 支撑螺母的设计与计算  41-42
    3.4.8 密封件的选取  42-43
    3.4.9 拉伸器液压系统  43-45
  3.5 螺栓拉伸机三维实体建模  45-47
  本章小结  47-48
第四章螺栓拉伸机关键零部件的力学分析  48-64
  4.1 有限元法的基本思想与分析过程  48-49
  4.2 ANSYS软件  49-51
    4.2.1 软件介绍  49
    4.2.2 ANSYS解决问题的基本流程  49-51
  4.3 支撑环的静力分析  51-55
    4.3.1 支撑环静力模型的建立  51-52
    4.3.2 支撑环模型的分析  52
    4.3.3 建立有限元模型  52-53
    4.3.4 支撑环强度计算与分析结果  53-55
  4.4 支撑桥的静力分析  55-56
  4.5 高压油缸的强度分析与校核  56-57
  4.6 齿轮的弯曲应力校核  57-60
    4.6.1 齿轮弯曲应力研究现状  57
    4.6.2 齿轮弯曲应力的有限元分析  57-60
  4.7 动力学分析的基本常识  60-62
    4.7.1 模态分析  60
    4.7.2 支撑环结构模态分析  60-62
  本章小结  62-64
第五章螺栓拉伸机机构运动仿真  64-72
  5.1 机械运动学分析  64-65
    5.1.1 机构运动学的定义  64
    5.1.2 机构运动仿真工作流程  64-65
    5.1.3 Pro/e运动仿真  65
  5.2 高压油缸活塞的运动仿真  65-70
    5.2.1 油缸机构的装配  65-66
    5.2.2 添加马达  66-67
    5.2.3 机构运动仿真  67-68
    5.2.4 分析结果及测量值  68-70
  5.3 虚拟样机与运动仿真  70
  本章小结  70-72
结论与展望  72-74
  结论  72-73
  展望  73-74
参考文献  74-76
攻读硕士学位期间发表的学术论文  76-77
致谢  77

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