铝锭连铸机自动打包升降旋转平台疲劳寿命分析

摘要

自动打包升降旋转平台是铝锭连铸机组中非常重要的一部分，由于初始设计时未详细分配升降台上升和旋转在周期循环中的占比，以至于升降台中的丝杠升降器的使用寿命不到3万次，因此本课题试图寻找更优化的时间分配比，通过调整一部分旋转时间来增加平台升降时的时间，期望在更长的升降时间内，尽可能减少丝杠升降器的损耗，以提高丝杠升降器的使用寿命。
　　首先，本文对升降台结构进行静强度分析，在分析的基础上对原来的结构进行重新规划，通过重新规划丝杠升降器在升降台中的位置，减少了丝杠升降器的极限应力，从而提高了丝杠升降器的使用寿命，并且为其进一步的速度优化和时序分配，大幅度提高疲劳寿命提供了分析依据。
　　其次，通过逐一分析对比三大曲线，梯形曲线，指数曲线，S形曲线在运行过程中存在的问题，最终综合它们的优点，重新规划出一条新的三角函数曲线。基于这三种曲线分析，通过仿真模拟软件MATLAB，将最终选择的最优化曲线，三角函数曲线输入控制系统，验证了三角函数曲线具有计算方程所示的良好柔性。同时通过Workbench的静强度分析，对丝杠升降器进行疲劳强度分析，最终分析出在一次升降时间内的全部循环周期和安全因子。
　　最后，通过S-N曲线计算出升降台中丝杠升降器的寿命次数，并联合ANSYS Workbench进行疲劳仿真验证，通过对比S-N曲线的计算方法得出的结果与Workbench中的仿真结果相一致，推测出加速曲线在整个疲劳寿命中的规律。再通过极限分配，利用Workbench计算出最大时间内的疲劳寿命，得出了速度优化和时序分配对丝杠升降器的使用寿命影响关系不大。通过对比其他型号丝杠升降器，最终确定JWM200UM的型号，提高了丝杠升降器的使用寿命和工作效率。

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第1章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 升降机种类及发展趋势

1.3 国内外研究现状综述

1.4 研究内容和目标

1.5 本章小结

第2章 自动打包升降平台的静强度分析和结构优化

2.1 Workbench仿真软件简介

2.2 静强度分析

2.3 自动打包升降台的初步结构

2.4 升降旋转平台螺母丝杠副静强度分析

2.5 升降旋转平台改进后螺母丝杠副静强度分析

2.6 本章小结

第3章 伺服系统中的各类调速曲线

3.1 引言

3.2 伺服电机的三环控制

3.3 三种常用的加减速曲线

3.4 三角函数曲线

3.5 仿真工具简介

3.6 伺服控制系统仿真

3.7 本章小结

第4章 丝杠升降器的疲劳寿命分析

4.1 疲劳分析

4.2 疲劳强度有限元分析

4.3 S-N曲线

4.4 利用S-N曲线计算丝杠升降器寿命

4.5 利用S-N曲线对升降时间做极限分配

4.6 本章小结

第5章 改型丝杠升降器的寿命分析和效率优化

5.1 丝杠升降器的选型和校核

5.2 改型丝杠升降器的疲劳寿命分析

5.3 改型丝杠升降器的效率优化

5.4 本章小结

总结与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文