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大型辗环机轴向轧制机构有限元分析与结构改进

作　者: 吴虔
导　师: 王强
学　校: 济南大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 辗环机 锥辊装配体 机架装配体 有限元分析 结构改进
分类号: TG333
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


无缝环件广泛应用于机械制造行业,环件轧制是一种生产高性能无缝环件的塑性加工工艺,它具有大幅度降低设备吨位和投资、振动冲击小、节能节材、生产成本低等显著技术经济优点,还具有省力,生产率高、产品范围广、易实现等显著优点。辗环机是大型环件生产线上的重要设备,其环件轧制质量和速度在很大程度上决定了大型环件生产线的产品质量、生产效率和材料利用率。D53K-2500A辗环机是大型辗环机中的一款设备,此辗环机根据经验提出设计方案,因此可能出现了轴向轧制机构重量过大,关键部位强度、刚度不够等问题。本课题正是由D53K-2500A辗环机轴向轧制机构锥辊装配体和机架装配体的强度和刚度问题提出并完成分析,进而根据结果对锥辊装配体进行结构改进,使其结构更加紧凑合理。本文D53K-2500A辗环机轴向轧制机构为研究对象,以有限元法的基本理论为基础,采用有限元软件ANSYS,开展锥辊装配体和机架装配体的非线性接触分析,并以有限元分析的结果为依据对锥辊装配体进行结构改进。本文的主要研究内容有:第一,通过分析对比D53K-2500A辗环机轴向轧制机构的锥辊装配体在锥面上某一位置加载的情况下,在几种不同网格等级下进行有限元模拟,得到锥辊装配体的变形、应力、应变分布。通过改变加载位置分析不同加载位置下零件的最大变形、最大等效应力、最大等效应变能否满足材料的使用要求,并且总结规律。第二,在对D53K-2500A辗环机轴向轧制机构的锥辊装配体分析的基础上,建立D53K-2500A辗环机轴向轧制机构机架装配体的有限元模型,模拟机架装配体在锥辊轴几种不同加载位置的情况下的最大变形、最大等效应力、最大等效应变,此结果为进一步的锥辊轴结构改进提供依据。第三,在进行有限元分析的基础上,以有限元分析数据为依据,对D53K-2500A辗环机轴向轧制机构的锥辊装配体为例对锥辊轴的锥角进行结构改进。提出改进方案,并分别进行分析,对比选择较优结构改进方案,得到相对较优的结构,同时增加辗环机锥辊轴强度和刚度。综上所述,本文所作的研究工作,可以为辗环机轴向轧制机构的设计、有限元分析、结构改进等提供参考,并对于提高环件轧制的质量和指导实际生产具有工程应用价值。

全文目录


摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
第一章 绪论  11-23
  1.1 辗环机  12-16
    1.1.1 辗环机的分类  12-14
    1.1.2 轧环原理  14-15
    1.1.3 D53K-2500A 辗环机介绍  15-16
  1.2 辗环机的研究进展  16-20
    1.2.1 辗环机的发展史和国外研究状况  16-18
    1.2.2 国内研究现状  18
    1.2.3 轧环理论和实验研究  18-19
    1.2.4 辗环机机架及其重要部件的分析和结构优化  19-20
  1.3 存在的问题  20
  1.4 选题意义  20-21
  1.5 研究内容  21-23
第二章 非线性接触有限元理论基础  23-29
  2.1 有限元方法  23-24
  2.2 非线性接触有限元  24-25
  2.3 面─面非线性接触有限元  25-28
    2.3.1 面─面的接触单元  25-26
    2.3.2 面─面接触分析的执行  26
    2.3.3 面─面接触单元介绍  26-28
  2.4 小结  28-29
第三章 D53K-2500A 辗环机轴向轧制机构锥辊装配体的有限元分析  29-43
  3.1 锥辊装配体的几何建模  30-31
  3.2 锥辊装配体有限元模型的建立  31-33
  3.3 锥辊装配体的约束处理  33-34
  3.4 锥辊装配体的载荷处理  34-40
    3.4.1 轧制力按照不同等级的网格划分加载  35-38
    3.4.2 轧制力按照不同位置施加  38-39
    3.4.3 非线性接触对的建立  39-40
  3.5 锥辊装配体的计算结果分析  40-41
  3.6 小结  41-43
第四章 D53K-2500A 辗环机轴向轧制机构机架的有限元分析  43-50
  4.1 机架装配体的几何建模  43-44
  4.2 机架装配体的有限元建模  44-45
  4.3 机架装配体的约束处理  45
  4.4 机架装配体的载荷处理  45-46
  4.5 机架装配体的计算结果分析  46-49
  4.6 小结  49-50
第五章 D53K-2500A 辗环机轴向轧制机构锥辊装配体的结构改进  50-58
  5.1 D53K-2500A 辗环机锥辊轴结构分析  50-51
  5.2 D53K-2500A 辗环机锥辊轴结构改进  51-52
  5.3 D53K-2500A 辗环机锥辊轴结构改进及有限元分析结果  52-57
    5.3.1 改进方案  52-55
    5.3.2 改进方案分析  55-57
  5.4 小结  57-58
第六章 结论与展望  58-60
  6.1 结论  58-59
  6.2 展望  59-60
参考文献  60-64
致谢  64-65
附录A：攻读硕士学位期间发表论文及专利申请  65

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属压力加工 > 轧制 > 轧钢机械设备
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