大型全自动陶瓷压砖机的有限元分析及关键结构尺寸的优化

摘要

近年来，随着我国居民收入水平的提高和人均居住面积的增加，墙地砖的需求出现了明显的增长这就导致其生产设备压砖机也得到了快速发展。压砖机的主体结构是由上横梁、立柱、螺母、活动梁、底座等构成。在工作载荷下，压砖机这类梁柱结构由于应力集中经常会发生一些事故，如由于其上横梁的过渡圆弧应力过于集中导致上横梁断裂，还有梁柱螺纹联接位置因为应力分布极不均衡导致螺母的螺纹牙断裂等现象，本文针对梁柱结构压砖机的这类现象展开了研究。 本文选用大吨位TC33320型全自动陶瓷压砖机作为研究对象。作者对这类大型三梁四柱结构压砖机建立了其预紧单元的力学模型，通过大型通用有限元软件ANSYS对压砖机整机进行了强度分析，并对压砖机各组成部件的最大应力点进行了静强度校核和疲劳强度校核，对这类梁柱结构压砖机的关键位置进行了优化研究。 首先，对压砖机上横梁过渡圆弧位置进行了结构优化研究，对于上横梁过渡圆弧先利用多项式拟合方法找出上横梁圆弧半径与其应力变化的关系，再利用优化设计中的约束优化方法来求得其最优解；其次，针对梁柱螺纹联接位置螺母在工作载荷下应力分布的极其不均导致其部分位置受载过大，螺母螺纹牙出现断裂的现象，所以对螺母联接进行优化研究，针对螺母的螺纹牙较细单元划分较密，作者建立了螺母的轴对称平面简化模型，参数化后可以比较方便的在有限元软件里建立模型进行应力分析计算，通过软件分析结果可以找出影响螺纹应力分布不均的几个主要因素，其分别是螺母牙数、螺母接触宽度等因素，经过有限元参数化优化后得出了螺母参数的最终优化结果；最后，选取压砖机的部分应力集中位置进行了应力测试实验，通过对比分析结果和实验结果进一步证实了所建立力学模型的准确性和结果的可靠性。以上的上横梁优化结果和螺母的优化结果都已经被厂家采用并投入生产了。 TC33320型全自动陶瓷压砖机的整体有限元强度分析、关键位置结构尺寸的优化设计以及对全自动液压压砖机进行的应力实验所得实验结果对这类大型梁柱结构的设计有着借鉴作用。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

第二章基于有限单元法的强度分析及轴对称问题的相关理论

第三章压砖机有限元模型的建立

第四章压砖机的有限元分析及其结果的强度校核

第五章压砖机关键结构尺寸的优化研究

第六章TC33320全自动压砖机有限元分析结果的实验验证

第七章结论

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢