大型钢塑储罐滚塑成型设备动力学仿真及支承托轮疲劳寿命研究

摘要

滚塑工艺是一种采用旋转加热的方式得到中空塑料制品的工艺技术。近年来我国的滚塑行业发展迅猛，但有关滚塑工艺理论研究还处于起步阶段，滚塑设备的发展也处于相对落后的状态，与发达国家相比差距较大。本文对大型钢塑储罐滚塑成型设备进行建模与动力学仿真，对其关键部件进行稳态温度场、热力耦合应力场及疲劳寿命分析。主要研究内容如下:
　　(1)基于钢塑储罐滚塑成型要求和机械设计理论，确定大型钢塑储罐滚塑成型设备的传动方案，进行结构设计计算，采用Solidworks软件对结构零部件进行三维建模，在此基础上创建摇摆式滚塑机的无干涉三维装配模型，为后续的数值模拟分析提供基础。
　　(2)以多刚体动力学理论为基础，基于Adams软件平台，构建摇摆式滚塑机虚拟样机模型，开展传动系统的动力学数值模拟研究，得到传动过程中齿轮齿圈副的动力学特性，并与经典理论计算结果进行对比。在模拟的基础之上，利用试验研究摇摆式滚塑机的运动状态对制品成型质量的影响。
　　(3)基于经典Hertz接触理论和热力耦合知识，利用Ansys软件建立托轮-滚圈非线性接触模型，以Raytek非接触式红外测温仪测得的温度数据作为边界条件，进行稳态温度场、热应力和热力耦合分析;模拟分析摆床的振动模态，获得摆床的固有频率和振型，确定摆床结构的固有频率范围，为进一步研究摆床的结构优化设计奠定了基础。
　　(4)基于疲劳累积损伤理论和多轴疲劳寿命模型，以Adams动力学分析结果与Ansys热力耦合应力分析结果为基础，利用Fe-safe软件开展关键传动件托轮的疲劳寿命模拟研究，讨论应力集中处的圆角半径大小与表面粗糙度对托轮疲劳寿命的影响，为支承托轮的设计、制造与维修提供指导。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 滚塑工艺介绍

1．2．1 滚塑工艺原理

1．2．2 滚塑工艺特点

1．2．3 滚塑工艺常用材料

1．3 滚塑装备介绍

1．4 滚塑工艺及装备技术的国内外研究现状

1．4．1 国外研究现状

1．4．2 国内研究现状

1．5 本文的主要研究内容

第二章 摇摆式滚塑机模型建立及动力学仿真

2．1 设计与建模

2．1．1 滚塑机的设计要求

2．1．2 滚塑机的主体结构

2．1．3 滚塑机的模型装配

2．2 多刚体动力学仿真

2．2．1 ADAMS软件介绍

2．2．2 多刚体动力学分析原理

2．2．3 动力学仿真的参数设置

2．2．4 动力学仿真结果与分析

2．2．5 转速对内衬表面质量影响的试验研究

2．3 本章小结

第三章 托轮-滚圈热力耦合与摆床模态分析

3．1 ANSYS 14．0软件介绍

3．2 托轮-滚圈热力耦合分析

3．2．1 热力耦合分析概述

3．2．2 托轮-滚圈模型建立

3．2．3 托轮-滚圈稳态热分析

3．2．4 载荷施加与边界条件确定

3．2．5 热力耦合计算结果与分析

3．3 摆床有预应力模态分析

3．3．1 模态分析有限元理论

3．3．2 摆床有限元模型建立

3．3．3 边界条件确定与载荷施加

3．3．4 有预应力模态分析结果

3．4 本章小结

第四章 支承托轮的疲劳寿命研究

4．1 Fe-safe软件介绍

4．2 疲劳寿命计算理论与模型

4．2．1 疲劳累积损伤理论

4．2．2 多轴疲劳寿命模型

4．3 材料P-S-N曲线

4．4 疲劳载荷谱获取

4．5 疲劳寿命计算结果分析

4．6 疲劳寿命影响因素研究

4．6．1 圆角尺寸对疲劳寿命的影响

4．6．2 表面质量对疲劳寿命的影响

4．7 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 研究工作总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及其他科研成果