TW150大型收卷机结构分析与优化

摘要

收卷机是卷料类产品加工的收料机构，以便于卷料产品后续的储存、运输。随着我国制造业的发展，对卷料类产品的需求量大大增加，同时推动了收卷机的快速发展。目前，国内对卷料成型的要求越来越高，朝着紧凑性、自动化、高效化方向发展，对收卷机本身的结构性能也就提出了严格的标准。
　　本文以奥智机电有限公司研发的TW150大型收卷机为研究对象，利用现代设计方法对结构、卷料成型偏移等问题进行建模分析并优化，减轻了设备的质量并提高了其结构动态特性，主要有以下几个方面:
　　结构分析方面，从两个角度进行。1、结构静力学分析:利用有限元方法，从静力学角度对主要结构建模分析，结果表明托盘面板、支架大侧板等结构存在材料浪费，托盘支架、支架联接处等存在局部应力集中问题;2、结构振动分析:从动力学角度针对电机直接激励下的主轴、托盘等旋转部件的振动问题进行计算模态分析，并搭建锤击式模态实验平台进行测试，表明结构在设计转速内不会共振并验证模态分析的可行性。结构力学分析和振动分析结果，为下一步的结构优化设计提供基础。
　　优化设计方面。基于有限元方法和最优化理论，利用拓扑优化技术建立多工况下加权应变能最小化的优化目标函数进行优化设计，使整体结构质量减轻18.4％，大大提高了低阶固有频率，从而达到轻量化设计和提高结构稳定性的目标。
　　卷料成型偏移方面。根据卷料的阿基米德螺旋线成型原理，建立其数学模型、有限元分析模型，选取典型工况分别进行分析，并利用最小二乘法拟合分析结果得出不同成型半径下的偏移量变化关系式，为完善卷料成型控制提供理论依据。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 课题目的及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 收卷机的研究现状

1．3．2 FEA工程应用现状

1．4 本文主要内容

第二章 主要部件静力学分析

2．1 结构分析与三维模型建立

2．1．1 收卷机结构分析

2．1．2 建立目标模型

2．2 升降结构的静力分析

2．2．1 建立FEA模型

2．2．2 计算结果分析

2．3 主轴的扭转分析

2．3．1 建立FEA模型

2．3．2 计算结果分析

2．4 支架结构的静力分析

2．4．1 建立FEA模型

2．4．2 计算结果分析

2．5 本章小结

第三章 旋转部件模态分析及实验研究

3．1 模态理论与振动结构分析

3．1．1 模态分析理论

3．1．2 振动结构工况分析

3．2 有限元模态分析

3．2．1 建立三维模型

3．2．2 建立FEA模型

3．2．3 计算结果分析

3．3 模态实验与分析

3．3．1 设计实验方案

3．3．2 模态测试

3．3．3 结果处理分析

3．4 有限元模态与实验模态对比分析

3．5 本章小结

第四章 收卷机结构优化设计

4．1 OptiStruct结构优化理论基础

4．2 支架结构的拓扑优化分析

4．2．1 建立优化求解模型

4．2．2 拓扑优化结果分析

4．2．3 结构优化设计

4．3 升降结构的拓扑优化分析

4．3．1 建立优化求解模型

4．3．2 拓扑优化结果分析

4．3．3 结构优化设计

4．4 本章小结

第五章 卷料成型偏移量分析

5．1 卷料成型分析

5．2 数学模型的分析

5．3 成型偏移量仿真

5．3．1 分析建立三维模型

5．3．2 建立FEA模型

5．4 结果分析及处理

5．4．1 结果位移图形分析

5．4．2 偏移量数据处理

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作不足及展望

参考文献

附录

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