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钢筋矫直机结构设计与运动仿真分析摘要矫直作为一种精整技术，始终是工业发展不可或缺的一个分支。尤其近年来，随着社会的发展，人们对产品质量和精度的要求普遍提高，矫直技术发展迅猛，应用也越来越广泛。如今，工业发展方向是高、精、尖，对各种材料的质量提出了更高的要求。因此矫直作为一种精整技术已越来越得到工程技术人员的重视；矫直设备则已经从过去的冶金行业的辅助设备发展为包括冶金和一些高技术领域不可缺少的加工设备。本文根据分析了钢筋矫直机机械系统，根据所确立基本原理和技术指标进行了高效钢筋矫直机的总体设计，描述了其矫直过程。接着对每个功能模块进行了设计，确定了基本部件的选用，确定了几大功能部件，分别是：动力装置，输送托辊装置，矫直装置。本文利用SOLIDWORKS软件完成钢筋矫直机的3D总体设计图，然后利用三维SOLIDWORKS完成矫直机二维图的导出，最后对关键部件进行有限元分析，同时运用SOLIDWORKS对整机进行运动仿真。关键词：钢筋矫直机；结构设计；矫直装置AbstractStraightening as a finishing technology, industrial development has always been an indispensable branch.Especially in recent years, with the development of the society, people and accuracy requirements generally improve the quality of product, straightening technology developing rapidly, is becoming more and more widely applied.Now, the industry development direction is high, refined, sharp, for a variety of materials quality put forward higher requirements.Thus straightening as a finishing technology has been more and more get the attention of the engineering technical personnel;Straightening equipment are from the auxiliary equipment development of metallurgical industry for including metallurgy and some high technology fields indispensable processing equipment.According to the steel bar straightening machine mechanical system are analyzed, according to the basic principle and technical index was established effective reinforced straightening machine overall design, describes the straightening process.Then has carried on the design of each function module, determine the selection of basic components, and determine the function of several major parts, respectively is: power equipment, conveyor roller device, straightening device.Of reinforced straightening machine in this paper, by using SOLIDWORKS software to complete 3 d overall design, and then use of straightening machine 3 d SOLIDWORKS, derivation of the two-dimensional figure, finally, the key components in finite element analysis, at the same time using SOLIDWORKS motion simulation on the whole machine.Key words: reinforced straightening machine;Structure design;straighteners目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1研究背景及意义11.2国内外研究现状及发展趋势21.3本文的研究内容3第二章 钢筋矫直机总体设计52.1矫直机矫直原理52.2 驱动方案的确认62.3 力能参数计算72.4 上、下辊系轴的校核11第二章 钢筋矫直机三维建模的设计153.1零件建模153.2零件装配163.3 三维向二维的转换18第三章 矫直辊的有限元分析214.1 矫直辊有限元分析21第四章 钢筋矫直机的仿真275.1 Animator介绍275.2 钢筋矫直机仿真的实现27结论与展望29结论29展望29参考文献30致谢32III第一章 绪论1.1研究背景及意义矫直作为一种精整技术，始终是工业发展不可或缺的一个分支。尤其近年来，随着社会的发展，人们对产品质量和精度的要求普遍提高，矫直技术发展迅猛，应用也越来越广泛。如今，工业发展方向是高、精、尖，对各种材料的质量提出了更高的要求。因此矫直作为一种精整技术已越来越得到工程技术人员的重视；矫直设备则已经从过去的冶金行业的辅助设备发展为包括冶金和一些高技术领域不可缺少的加工设备。弹塑性力学是固体力学的一个重要分支，是研究弹性和弹塑性物体变形规律的一门学科，比材料力学及结构力学研究范围更广泛,研究方法更精确，是分析和解决许多工程技术问题的基础和依据，矫直理论就是在弹塑性理论的基础上发展起来的。它属于金属加工学科的一个分支。但随着冶金行业的不断发展，矫直机械也己经从过去的冶金行业发展到其他一些高技术领域，如仪器仪表制造业、汽车、船舶和飞机制造业，石油化工业、建筑材料业、机械装备制造业以及精密加工制造业等领域。由此可以看出矫直技术水平的高低不仅影响着一个企业某种产品的质量和其成本，而且标志着一个国家的工业发展水平。矫直技术水平的高低不仅影响着一个企业某种产品的质量和成本，而且标志着一个国家的工业水平，直接关系到工业产品的竞争力。在讲求质量、效益的今天，矫直技术在工业领域的重要性更加突出。我们知道，金属条材在加工和运输过程中，常因受外力、温度等变化发生弯曲，扭曲变形，为了解决这种弊端，矫直技术应运而生。矫直技术就多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产品或成品的质量水平，矫直技术同其他金属加工技术一样在 20 世纪取得了长足的进展，相应的矫直理论也取得了很大的进步，虽然还有一些理论滞后于实践的情况，不过，如今的矫直理论已经进入到了解析化和系统化的时代，并为数字化和信息化敞开了大门，随着计算机技术的发展和普及，矫直理论和矫直技术还有很大的发展空间。1.2国内外研究现状及发展趋势1.2.1国外的研究现状在20世纪3040年代，国外技术发达国家的钢筋矫直机和板材矫直机也迅速的发展起来，相应的理论研究也取得了一定的成果。到了20世纪7080年代，国外许多发达国家的技术力量己相当雄厚，矫直技术得到了不断地改进、发展和扩充。英国的布朗克斯(BRONX)、德国的凯瑟琳(Kieserling)、德马克(Demag)以及日本的一些品牌成为了矫直机领域的代表。此时的矫直概念则由原来狭义的弯曲矫直扩展为包括解决弯曲、控制断面形状和尺寸精度的矫直，提出了平动矫直技术、行星矫直技术、全长矫直技术、程序控制矫直技术、变辊距矫直技术以及双向旋转矫直技术等。 近几年国外关于矫直技术和矫直机的研究主要集中在提高矫直精度，提高控制水平及改善环境方面。同时为提高矫直精度和控制水平，开展了对变形机理、改进工艺和参数优化等方面的理论研究，取得了一些具有实用价值的成果。而且国外学者对矫直过程的计算机实时控制研究比较多，如Dvide E.Hardt等对扭转变形矫直过程的实时控制的研究，以及Juen A.Robert对圆盘锯片娇直过程实现自动控制的研究等等。 1.2.2国内的研究现状我国的矫直技术研究起步较晚，建国以后，随着经济建设的需要才有了对矫直技术的研究。那时，矫直机主要靠进口。从 70 年代开始，许多学者对辊形设计做了理论和试验研究。在 1980年，中国金属压力加工学会在衡阳专门召开了“辊形专题会议” 。通过这次学术交流会，产生了等曲率反弯辊形计算法。 到了 80 年代，国内对矫直技术的研究已有了相当的成果。在转毂矫直技术方面，创造了中国首创的双向旋转矫直法。在80 年代末，东北大学的崔甫教授研制了矫直 F200复合转毂式高精度棒材矫直机，并首先提出了双交错辊系的新方法。从 90 年代后，我国在赶超世界先进水平方面迈出了一大步。我国在反弯辊形七斜辊矫直机、多斜辊薄壁转毂式矫直机、双向反弯辊形2 辊矫直机、复合转毂式矫直机、液压矫直自动切料机和平行不等辊距矫直机等方面有了很大突破，各种矫直机的矫直质量均有突破。近年来，我国在赶超世界先进水平方面取得了很大进步，在矫直机械的研制和矫直理论的研究上都取得了很多成绩，很多学者开始利用有限元分析和解析的方法来研究矫直理论本身，从不同角度建立了矫直状态下的数学模型，压弯量及工件残余应力等都成为了人们的研究对象。在过程控制方面，正由人工控制逐渐向计算机控制， 由单机控制向全线计算机控制发展，在矫直机结构设计方面，正在向精密化、大型化发展，老设备将逐渐被淘汰或改造。现在矫直技术的研究发展方向是开发研制高效节能、高精度和高度自动化的环保型矫直设备。既要求有高质量，又要有高矫直速度，在产品上能满足大规模生产的需求，而且还必须降低工作噪声，操作上实现完全自动化。 现在国内西安重型机械研究所和太原重型集团等企事业部门在矫直机的研究和生产上代表了国内的领先的水平，在棒材、型材和板材矫直机的研制上都取得了一定的成绩。 但是，在取得成绩的同时，国内矫直技术的研究和使用还有很多工作要做，如钢筋矫直机压上式结构的研究、提高矫直精度、矫直速度和控制水平等等。1.2.2发展趋势综合近些年国内外的研究，可以看到：在矫直过程的变形机理方面向精度定量的方向进一步发展，如：拉力对矫直的作用，在斜辊矫直机上压紧力对矫直的作用等；在改进矫直工艺及改进矫直设备方面，如采用最佳压下方案，采用恒功率制度，用振动矫直代替旋转矫直，单独驱动的变辊距矫直是大型矫直机发展的趋势；在过程控制方面，随着工业控制水平的不断提高，矫直机电气控制已上了一个新台阶，设备级控制趋向简单化，工厂级监控、相关设备间联动、智能化控制，已是传动及基础自动化发展的必然趋势。钢筋矫直机采用压上式结构将是未来发展的方向，因为这种结构将使机架上部结构更加简化，操作环境的光线会更好，在采用吊车换辊操作的时候可以避免辊子或吊车与机架上部压下装置的磕碰，减少事故的发生，从另一角度而言，换辊工作将更加方便。 1.3本文的研究内容钢筋矫直机自动化是目前的演变趋势，许多企业会添加购买自动化设备对现有的矫直机升级改良，有的也会自己设计制造钢筋矫直机。本文结合现有的钢筋矫直机设计构思，设计出全自动高效钢筋矫直机本文对整个钢筋矫直机机械结构进行了设计，最终目的是生产装配出可实现全自动的矫直设备。本文对钢筋矫直机原理进行了系统的研究，总结国内外研究成果，结合生产实际，适当改进，设计了一种能的全自动高效矫直机。论文主要内容包括以下几个方面：（1）对矫直机功能研究，确定了系统工作原理以及方案，并根据原理方案对钢筋矫直机的总体结构进行设计。（2）主要结构的设计计算与校核。（3）运用SOLIDWORKS软件完成钢筋矫直机整体结构的设计（4）运用SOLIDWORKS软件完成钢筋矫直机关键部件的有限元分析。（5）运用SOLIDWORKS软件完成钢筋矫直机的运动仿真。第二章 钢筋矫直机总体设计2.1矫直机矫直原理辊式矫直机是目前应用最为广泛的一种矫直机。也是矫直技术发展最为完善的一种矫直机。辊式矫直机可以矫正板带材和型材。其种类繁多，按用途可分为板材和型材两类矫直机；还可按板厚来分，可分为厚、中、薄三类板材矫直机；还有按重型和普通型来区分板材矫直机的；用板宽来编排矫直机系列也是一种方法。从趋势上看以厚度来区分板材矫直机是最基本的方法。 辊式矫直机属于连续性反复弯曲式矫直机，是在压力矫直机的基础上而发展起来的，它克服了压力矫直机断续工作的缺点，使矫直效率成倍提高，使矫直工序得以进入连续生产线，这在技术上是一次较大的跨越。其理论基础就是金属材料在较大弹塑性弯曲条件下，不管其原始弯曲程度有多大差别，在弹复后所残留的弯曲程度差别会显著减小，甚至会趋于一致，从而达到矫直目的。 图2-1 平行辊矫直的7种典型辊系在生产实际中，工件原始曲率的大小和方向均是不相同的，辊式矫直机的矫直原理就是使工件在矫直辊压下力的作用下，在同一工作平面内通过交错配置的工作辊进行反复压弯，工件发生弹塑性变形，直到残余曲率逐渐减小为零，工件趋于平直。因此，辊式矫直机必须具有两个基本特征：第一是具有相当数量交错配置的矫直辊，实现多次反复弯曲的能力；第二是压弯量可以调整，能实现矫直所需要的压弯方案。 平行辊矫直机发展历史较长，辊系结构形式很多，且主要与用途有关，其次也与矫直质量有关。如图2-1为平行辊矫直机的7种典型辊系。辊系a主要用于热矫厚板、粗矫板材等；辊系b主要用于热矫板材；辊系c是一种灵活性较大的多用途辊系；辊系d是按线性递减压下的板材矫直辊系；辊系e是型材矫直的常用辊系，各上辊单独调整可采用各种压下方案；辊系f是矫直板材的辊系，带有支撑背辊。2.2 驱动方案的确认设备的驱动方式有液压式、气动式、和电动式。下面将三种驱动方式进行分析比较。2.2.1 液压驱动设备的驱动系统采用液压驱动，有以下几个优点：(1)液压容易达到较高的压力（常用液压为2.56.3MPa），体积较小，可以获得较大的推力或转矩；(2)液压系统介质的可压缩性小，工作平稳可靠，并可得到较高的位置精度；(3)液压传动中，力、速度和方向比较容易实现自动控制；(4)液压系统采用油液作介质，具有防锈性和自润滑性能，可以提高机械效率，使用寿命长。液压传动系统的不足之处是：(1)油液的粘度随温度变化而变化，影响工作性能，高温容易引起燃爆炸等危险；(2)液体的泄漏难于克服，要求液压元件有较高的精度和质量，故造价较高；(3)需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置，否则引起故障。液压驱动方式的输出力和功率更大，能构成伺服机构，常用于大型设备的驱动。2.2.2 气压驱动与液压驱动相比，气压驱动的特点是：(1)压缩空气粘度小，容易达到高速；(2)利用工厂集中的空气压缩站供气，不必添加动力设备；(3)空气介质对环境无污染，使用安全，可直接应用于高温作业；(4)气动元件工作压力低，故制造要求也比液压元件低。它的不足之处是：(1)压缩空气常用压力为0.40.6MPa，若要获得较大的力，其结构就要相对增大；(2)空气压缩性大，工作平稳性差，速度控制困难，要达到准确的位置控制很困难；(3)压缩空气的除水问题是一个很重要的问题，处理不当会使钢类零件生锈，导致设备失灵。此外，排气还会造成噪声污染。气动式驱动多用于点位控制、抓取、开关控制和顺序控制的设备。2.2.3 电动机驱动电动机驱动可分为普通交、直流电动机驱动，交、直流伺服电动机驱动和步进电动机驱动。普通交、直流电动机驱动需加减速装置，输出力矩大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型设备。伺服电动机和步进输出力矩相对小，控制性能好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型设备。交、直伺服电动机一般用于闭环控制系统，而步进电动机则主要用于开环控制系统，一般用于速度和位置精度要求不高的场合。2.2.4 方案的确认 综合上述三个方式的优缺点，本文最重选用电机传动最为本次钢筋矫直机的驱动形式。2.3 力能参数计算矫直机的力能参数包括矫直力、矫直弯矩、工作转矩及驱动功率。矫直机的力学模型如下图所示：2.3.1 矫直力与矫直弯矩由弯矩比的定义： （2.1）可算出七次矫直的弯矩根据连续梁的三弯矩方程，可以写出矫直力的表达式，任意第i辊的矫直力为: （2.2）其中p为辊距，若把理解为弹性极限弯曲时的支点力，并用表示，即： （2.3）则上式（2.2）变为： （2.4）各辊矫直力在等辊距矫直机上可写为矩阵形式： （2.5）各辊矫直力绝对值之和为： （2.6）2.3.2矫直辊转矩塑形变形能可由下式来计算： （2.7）将代入上式积分整理得：代入数据算得 总弯曲变形能为：弹复变形能为： （2.8）矫直机在矫直钢筋时，弹复的绝大部分能量将释放反馈给矫直机，帮助机器运行。因此机械用于矫直变形的能量基本可以写成为： （2.9）第i辊的矫直变形能为： （2.10）b.克服摩擦阻力的矫直辊转矩 矫直辊在矫直力作用下收到各种阻力，矫直辊产生的转矩要能够克服轴承摩擦阻力、辊面与工件间的滚动摩擦阻力及工件变形阻力产生的转矩。对于悬臂式结构克服摩擦阻力的矫直辊转矩为： （2.11）：工件与辊面的滚动摩擦系数，型材取=0.001：轴承摩擦系数，滚动轴承取0.01da为工作侧轴颈直径，为驱动侧轴颈直径。根据初步设计，分别取=320mm，=200mm。c.克服工件塑性变形的矫直辊转矩工件弯曲过程中纯塑性变形及残余变形都消耗动力，设这两种变形所需转距为，辊子转动角后所消耗的能量为，此时工件所走过的长度为R ，其中R为辊子半径， 设工件单位长度所需的矫直变形能为，写成能量关系式： （2.12） （2.13）若第i辊处的转矩为，矫直变形能为，则克服工件塑性变形阻力的矫直辊转矩为: （2.14）矫直辊的总转矩为: （2.15）（4）驱动功率当以确定矫直速度v，矫直机传动系统的效率为时，矫直机驱动功率为： （2.16）：当采用电动机-减速器-万向轴传动时，取0.8。: 取60m/min。2.4 上、下辊系轴的校核辊轴是矫直机的重要部件，不仅承受矫直力及轴承支点力产生的弯矩作用，而且传递矫直动力，承受扭矩。由于矫直机外形尺寸较大，前后立箱距离较大，会使辊轴产生一定的挠度弯曲。辊轴上零件较多，轴的结构加工处承受交变的力，会对轴的疲劳强度产生一定影响。因此总的看来，对于辊轴应该进行弯扭合成强度计算、疲劳强度校核及刚度计算。鉴于篇幅，只在这里进行其中最重要的对第3辊的弯扭合成强度计算。根据轴的工作条件并考虑到制造工艺等因素，应选择具有高的强度及刚度、并对应力集中的敏感性低、材料来源广泛及经济低廉的轴，故对辊端轴选取45号优质碳素结构钢，并经过调质处理，通过查阅手册，可得其相关力学性能为：=600MPa，=355MPa， =55MPa当作用于轴上载荷的大小及位置已确定，轴的结构设计也已基本确定时，可按弯扭合成法进行计算，一般转轴用这种方法，偏于安全。计算步骤如下。（1）画出轴的受力简图，分析后画出受力图、弯矩图、扭矩图，如下所示。图2-2 辊轴受力示意简图图2-3 辊轴受力图图2-4辊轴弯矩图图2.12 辊轴扭矩图 其中扭矩可按前面力能参数计算部分矫直辊转矩的计算公式计算。第三个辊的力，克服摩擦阻力的矫直辊转矩为： （2.17），克服工件塑性变形阻力的矫直辊转矩为： （2.18）矫直辊总转矩为：（2）确定危险截面。由上面的分析及图像可见，1截面轴颈最小且开了一个键槽，2截面受弯矩最大，因此1截面和2截面是危险截面，需要进行强度校核。 对于1截面，危险截面上弯矩M产生的弯曲应力为： （2.19） ，转矩T产生的扭剪应力为：对于一般钢制的轴，危险截面上的计算应力可按第三强度理论计算： （2.20）因此1截面安全，满足强度要求。对于2截面，其轴颈为：危险截面上弯矩M产生的弯曲应力为：转矩T产生的扭剪应力为： (2.21)对于一般钢制的轴，危险截面上的计算应力可按第三强度理论计算： (2.22)因此2截面安全，满足强度要求。综上所述，辊轴设计强度符合要求，满足使用条件第二章 钢筋矫直机三维建模的设计3.1零件建模3.1.1矫直机机架三维建模的形成在SolidWorks中，矫直机机架的形成比较容易实现，通过拉伸、阵列等指令，矫直机机架的三维模型如图3-1所示。图3-1 矫直机机架三维图3.1.2 从动托辊的三维建模形成由于从动托辊的三维模型比较复杂，运用了拉伸，切除，圆角，等特征，形成从动托辊的三维模型。如图3-2所示图3-2 从动托辊三维图3.1.3 TOOLBOX运用另外，SolidWorks里toolbox里包含了各种传动件，螺栓，螺母，螺钉，轴承等数据，可直接调用输入自己参数即可。 轴承的建模，从toolbox中选择轴承，滚动轴承如图3-3所示图3-3 添加轴承3.2零件装配零件设计好了，可以将其在组建模式下通过一定的方式组合在一起，从而造成一个组件或完整产品模型。零件装配需要在专门的组件设计模式下进行。在Solidworks2014 中，可以按照以下步骤来创建一个组件设计文件：单击新建按钮，打开“新建”对话框。在“类型”选项组中选择“组件”单选按钮，在“子类型”选项组中寻则“设计”单选按钮，在“名称”文本框中输入组件名称，清除“使用缺省模板”复选框，然后单击“确定”按钮。弹出“新建文件选项”对话框。从“模板”选项组的列表框中选择“mmns _SLDASM_design”，单击“确定”按钮。在组件设计中（装配设计），主要有两种主流设计思路，即自底向上设计和自顶而下设计。通俗一点而言，前者是将已设计好的零部件按照一定的装配方式添加到装配体中；而后者则是从顶层的产品结构着手，由顶层的产品结构传递设计规范到所有相关子系统，从而有利于高效地对整个设计流程项目进行协作管理。在组件设计模式下，系统允许采用多种方法将元件添加到组件，包括使用放置定义集（简称约束集）和使用元件界面自动放置等。通常元件放置根据放置定义集而定，这些集合决定了元件与组件的相关方式及位置，这些集既可以是由用户定义的，也可以是预定义的。用户定义的约束集含有0个或多个约束；预定义约束集（也叫连接）具有预定义数目的约束。约束放置是较为常用的装配方式。在 Solidworks2014元件放置操控板的约束列表框中，提供了多种放置约束的类型选项，包括缺省、固定、曲面上的边、曲面上的点、直线上的点、相切、坐标系、插入、匹配、对其、和自动。在使用约束放置选项时，需要注意约束放置的一般原则及注意事项。例如，“匹配”约束或“对齐”约束的一组参照的类型要相同（平面对平面、旋转对旋转、点对点、轴对轴）；一次只能添加一个也是，譬如不能使用一个单一的“匹配”约束选项将一个零件上的两个不同的平面与另一个零件上的两个不同的平面配对，二必须定义两个单独的“匹配”约束；元件的装配需要定义放置约束集，放置约束集由若干个放置约束构成，用来组合定义元件的放置和方向。装配通过一个中心线重合，面重合或给定距离来配合圆弧曲面的零件。首先进行部装，在得到钢筋矫直机的装配图，总装配图见下图3-4所示：图3-4 钢筋矫直机三维装配体3.3 三维向二维的转换SolidWorks作为一套功能强大的计算机辅助绘图和设计软件，可以建立零件的三维实体图，三维装配体图及二维工程图，且大多数生产一线的工程技术人员对二维绘图软件，如autocad，caxa电子图版，等更加熟悉，而且二维软件在绘制，尤其是标注装配体，零件图时，具有独特的优势。所以，充分利用SolidWorks和二维图之间的转换，把SolidWorks自动生成的工程视图与二维软件的标注结合起来，达到“以二维之长补三维之短”的目的。一下是三维建模生成二维工程图的详细过程。在SolidWorks中生成二维工程图。在SolidWorks中的新建模板中，新建一个工程图模板，打开工程图工具条，在工程图工具条中点击“新建”按钮，并在作图区域中单击右键，“从文件中选择”，确认要生成工程图的三维模型，并选择要形成工程图的视图方向；在绘制区域内单击左键，以确定图形位置，单击“确定，完成工程图的绘制，并将其保存为“dwg/dxf”格式的文件。如图3-5所示图3-5新建工程选用标准图纸，或自定义图纸大小，如图3-6所示图3-6选择图纸打开需要生成工程图的零件，并将其拖入此工程图。左键确定位置，继续移动鼠标，会显示鼠标移动方向的视图。从而确定所需工程图，如图3-7所示。图3-7工程图创建此外，还可通过上方的工具来分析剖视图。也可标注此装配体的零件及其名称。因此图还将在CAD中修改，故在此未标注零件序号及名称，最后完成的工程图如图3-8所示：图3-8钢筋矫直机工程图纸第三章 矫直辊的有限元分析4.1 矫直辊有限元分析首先，对矫直辊的主体结构进行三维建模。完成三维建模后，再对相应部分进行有限元分析。由于矫直辊的螺栓、导向杆等零件无需单独进行受力分析，而且如果对矫直辊整体结构进行静态分析，将会产生庞大的数据，系统的计算时间将会持续几天甚至更多。所以为了使计算更加精确，缩短系统计算时间，我们在这里只对矫直辊主体进行分析，即直接将矫直辊主体分离出来单独进行静态分析，以确保系统的强度和稳定性。矫直辊有限元分析的具体步骤如下：4.1.1 矫直辊零件的三维建模 利用SOLIDWORKS软件对矫直辊零件进行三维模型，这个的具体绘图过程就不一一详细描述。得到的三维模型如图4-1所示。 图4-1 矫直辊模型4.1.2 确定材料 零件的反应取决于其所构成的材料，程序必须知道零件材料的弹性属性，通过从材料库选择材料来给零件指派材料。由于矫直辊承受重量大，矫直辊主体会受到较大的压力和拉应力，所以矫直辊材料选择普通碳钢。但在用Solidworks Simulation对矫直辊进行应力分析时，由于材料库没有这一材料，因此选择近似的材料碳钢，具体选择如下图4-2所示。 图4-2 材料选取 4.1.3 添加夹具在夹具选项卡中，可以定义固定约束。每个约束可以包含多个面。受约束的面在所有方向都受到约束。必须至少约束零件的一个面，以防由于刚性实体运动而导致分析失败。在对矫直辊主体进行应力分析前，首先要确定其夹具固定的部分。如图4-3所示，选择矫直辊两轴承固定段为固定端，即模拟夹具夹住矫直辊两轴承固定段部分。图4-3添加夹具4.1.4 施加载荷矫直辊我们设定载荷为皮带拉力为5517KN。在载荷选项卡上，可以应用力和压力载荷至模型的面，可以应用多个力至单个或多个面。由矫直辊实际工况得出其受力情况见图4-4 图4-4 矫直辊竖直方向施加载荷4.1.5 生成网格接下来需对矫直辊划分网格。实体模型的网格化由两个基本阶段组成。在第一阶段，网格器将节放置于边界上，此阶段称为曲面网格化。如果第一个阶段成功，网格程序开始第二个阶段，将在内部生成节，以四面单元填充体积，并将中侧节放置于边线上。在实际操作中，我们先要选择网格的参数，如图4-5所示，将网格密度设置为良好。选择好网格参数之后，对矫直辊模型生成定义的网格。图4-5 矫直辊网格化 4.1.6 运算求解网格化参数后点击运行，软件开始自动对算例进行计算分析，求解过程如下图5-6所示。 图4-6运行算例分析当运行结束后，就可以得到矫直辊模型应力、应变、位移和安全系数等各项参数的有限元分析结果。4.1.7 分析结果输出Simulation的结果选项卡中生成的图解可以生动形象的表现出矫直辊各部位的应力应变情况、位移情况及安全系数情况，如图4-7所示。结果选项卡的第一个屏幕显示矫直辊所有位置的最小安全系数。标准工程规则通常要求安全系数为 1.5 或更大。对于给定的最小安全系数，Simulation程序会将可能的安全与非安全区域分别绘成蓝色与红色。矫直辊主体部分有限元分析的应力、位移、应变及合位移分布云图如图4-8至4-11所示。图4-7 输出结果图4-8 合位移图图4-9 位移分布图图4-10 应变分布图图4-11 应力分布图由图4-11可知，矫直辊在工况载荷下，施加载荷时候的最小安全系数是1.05，。根据图4-10所示，矫直辊的屈服力大约为220MPA，而所用材料的抗拉强度为490MPA，完全符合设计要求。第四章 钢筋矫直机的仿真5.1 Animator介绍Animator插件就是一个与SolidWorks完全集成的动画制作软件插件，它能将SolidWorks的三维模型实现动态的可视化，并且实时录制机构的模拟装配过程、模拟拆卸过程和机构的模拟工作过程，将机构的工作情况得到更好的表达，增强了人们对机构的认识和了解。产品的交互动画将SolidWorks的三维模型实现动态的可视化，摄制产品设计的模拟装配过程、模拟拆卸过程和产品的模拟运行过程，从而实现动态设计。 Animator具有如下特点：（1）Animator与SolidWorks和PhotoWorks软件无缝集成，可以充分利用SolidWorks的实体模型和 PhotoWorks的渲染功能。 （2）利用动画向导，可以非常容易地对SolidWorks零件或装配体环境制作动画。 （3）爆炸或解除爆炸动画，来展示装配体中零部件的装配关系。 （4）绕着模型转动或让模型360度转动，可以从不同角度观看设计模型。 （5）利用专业的灯光控制以及为零件和特征增加材质，来产生高质量的动画效果。 （6）可以直接通过电子邮件发送AVI格式动画文件，加快设计观点的交流，缩短设计周期。5.2 钢筋矫直机仿真的实现SolidWorks Animator使用基于“关键点”的界面。所谓关键点（Key Frame），就是零部件的某个特定的状态。“关键点”不仅支持空间位置的变化，也支持模型材质、颜色、透明度的变化。Animator 基本界面如图5-1所示：图5-1 放置键码属性管理器重点在于关键点的确定，生成关键点有3个步骤：（1）切换到动画界面。（2）根据机构运动的时间长度，拖动时间滑竿到相应的位置。（3）拖动装配体零部件，使其达到动画序列末端应达到的新的位置。也可以在对应零件的时间栏区域单击右键，在菜单中选择“放置键码”选项。对于本装配体，移动时间滑竿，然后旋转齿轮到最终理想的位置，就可以达到理想的动画效果，单击“开始”按钮可以播放动画，通过点击“保存”按钮可以将动画保存为AVI格式的动画。结论与展望结论此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一个转折点。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料、老师指导、与同学交流、找相关人士咨询、反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和知识的运用。通过这次设计，我了解了的钢筋矫直机的的用途及工作原理，熟悉了产品的设计步骤，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己的独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。毕业设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式的获得，是不懈努力的结果。同时，仍有很多课题需要在以后的工作中去努力去完善。但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解等等。这次实践是对自己大学四年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中不断努力学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人，为中国机械行业添上自己的微薄之力。展望这次设计让我认识到机械系统结构的重要性，只有完成了结构方面的设计，才有可能进行后续的控制系统设计，机械系统设计的合理性需要反复的验证，只有各个部件的完美配合，才能实践预期的功能。通过这一次的毕业设计，自己开始对结构设计有了一定的认识和了解，在设计工作过程中培养了独立思考，细心专研的学习态度，相信对以后的工作学习会有很大的帮助。在这次设计过程中，充分认识到理论结合实践的重要性，一定要充分理解消化书本中的理论知识，并将其运用到实际的设计中，只有这样才能设计出合理优秀的产品。29参考文献.1 机械设计（第八版），高等教育出版社，濮良贵，纪名刚主编，2006年5月第八版； 2 工程机械构造图册，机械工业出版社，刘希平主