四鼓橡胶硫化机主机的设计及有限元分析

摘要

大到国防科技小到日用品，橡胶制品正在成为人类社会发展不可或缺的物质，而硫化过程对橡胶制品的质量又起到关键作用。若硫化设备的硫化压力和温度无法满足胶料的硫化要求，则可能对硫化胶料的物理机械性能产生不良影响，导致胶料过硫或欠硫，所以硫化设备是保证优良橡胶制品的决定因素。本课题来源于某大型国有橡塑机械公司中的科技攻关项目，研究设计了一种新型鼓式硫化机设备，实现了橡胶制品的连续硫化，硫化制品质量优异，自动化程度高。主要工作如下： 1.根据公司项目要求的具体设计参数，完成鼓式硫化机主要部件的三维建模设计，包括硫化鼓的结构形式设计，新型加热加压装置的构造设计等，并且确定了硫化鼓包角、硫化压力及硫化鼓转速，确保满足胶料硫化所需的温度、时间、压力要求。 2.对主要部件进行力学分析及破坏研究，完成对硫化鼓的强度及刚度分析，校验关键部件设计的合理性。 3.利用有限元分析软件Workbench对硫化鼓进行线性静力学分析及温度场的模拟分析。通过有限元分析，更加直观的看出硫化鼓各部分的受力变形情况，并且根据受力变形情况对硫化鼓结构作出相应的优化；通过硫化鼓温度场有限元分析可以看出硫化鼓通入蒸汽后随时间的温度变化，从而确定鼓式硫化机开始硫化的时间，满足胶料硫化工艺的温度要求。 本文为该新型鼓式硫化机的设计研究提供了理论基础，填补了关于鼓式硫化机设计理论的空白，本课题的研究有利于促进我国橡机行业的进一步发展。

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1绪论

1.1课题研究的背景

1.2硫化机的国内外现状

1.2.1国外硫化机发展史

1.2.2国内硫化机发展史

1.2.3我国鼓式硫化机发展概况

1.3鼓式硫化机的基本硫化原理

1.4鼓式硫化机的优缺点及课题研究意义

1.5课题研究的内容

2鼓式硫化机主要部件设计

2.1鼓式硫化机的主要零部件介绍

2.2主要设计参数

2.3硫化鼓的结构形式设计

2.3.1设计要求

2.3.2硫化鼓及从鼓基本参数尺寸校验

2.4压力带参数的设计

2.4.1压力带的厚度

2.4.2压力带的张力与硫化压力

2.5硫化鼓包角与硫化时间

2.6硫化鼓的生产能力

2.7硫化温度及其加热方式

2.8本章小结

3鼓式硫化机主要部件强度分析

3.1材料的应力状态

3.2 强度分析常用的四种强度理论

3.2.1最大拉应力理论（第一强度理论）

3.2.2最大伸长线应变理论（第二强度理论）

3.2.3最大剪应力理论（第三强度理论）

3.2.4形状改变比能理论（第四强度理论）

3.3硫化鼓的强度计算

3.4薄钢带的强度计算

3.5硫化鼓的刚度计算

3.6本章小结

4鼓式硫化机设计流程

4.1鼓式硫化机的初期设计

4.1.1硫化鼓及其它各辊的模型设计

4.1.2上下螺旋装置及清洁辊的模型设计

4.1.3机架的模型设计

4.2鼓式硫化机的中期设计

4.2.1鼓式硫化机新型加热加压装置的模型设计

4.2.2双层胶料硫化装置设计

4.2.3旋转接头及轴承座部件的设计

4.3鼓式硫化机的后期设计

4.4本章小结

5ANSYS Workbench简介及重要部件有限元分析

5.1ANSYS Workbench简介

5.2硫化鼓的线性静力学分析

5.2.1线性静力分析

5.2.2硫化鼓受力变形分析

5.2.3添加总变形选项并求解

5.3本章小结

6硫化鼓温度场有限元分析

6.1ANSYS Workbench对热分析问题的分类

6.1.1热力学分析的目的

6.1.2基本传热方式

6.2热传递基本理论

6.3ANSYS热分析模块及瞬态分析简介

6.4硫化过程中有限元模型

6.4.1几何模型

6.4.2网格划分及边界条件

6.5传热状态仿真分析

6.6本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间取得的科研成果

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