输送带弯曲阻力测试试验台设计与分析

毕业设计论文题目输送带弯曲阻力测试试验台设计与分析专业机械工程及自动化（矿山机电）时间二零一五年六月中文题目输送带弯曲阻力测试试验台设计与分析外文题目ANALYSISONBENDINGRESISTANCETESTBEDDESIGNOFCONVEYORBELTSAND毕业设计论文共62页其中外文文献及译文14页图纸共6张完成日期2015年6月答辩日期2015年6月摘要带式输送机是输送散状物料的重要设备之一，以输送带作牵引和承载构件，通过承载物料的输送带的运动作物料连续输送设备，它广泛应用于煤炭、冶金、矿山、港口等领域，随着科技技术的进步与发展，对设备的要求性能越来越高，而弯曲阻力是输送机的主要运行阻力之一，其在日常工作使用中带来不必要的浪费与损耗，为了详细研究输送带弯曲阻力，并为研发节能型输送带提供测试工具，本文设计一种橡胶输送带弯曲阻力测试试验台。本文首先根据给定的试验台参数对其主要零部件如张紧缸、压下缸等进行了设计和校核；然后根据已有的输送带弯曲阻力数学模型对弯曲阻力进行了估算，对电机、减速器等零部件的运行参数进行计算，并计算和分析结果为依据，对试验台中滚筒、托辊等零件的型号和生产厂家进行了选取；最后为了验证所设计的试验台能够满足设计要求，采用PRO/E对建立了试验台的三维虚拟样机模型，对模型的结构、质量及整机的装配和干涉情况进行了分析和验证，再利用ANSYS对试验台进行静力学分析和模态分析，对试验台的强度和动态特性进行了分析和校核，分析结果表明所设计的弯曲阻力试验台结构合理、强度能够满足使用要求。关键词输送带；弯曲阻力；弯曲阻力测试试验台；PRO/ENGINEER；ANSYSABSTRACTWITHTYPECONVEYINGMACHINEISCONVEYINGBULKLIKEMATERIALOFIMPORTANTEQUIPMENTONEOF,TOCONVEYINGWITHFORTRACTIONANDHOSTEDCOMPONENT,THROUGHHOSTEDMATERIALOFCONVEYINGWITHOFMOVEMENTFORMATERIALCONTINUOUSCONVEYINGEQUIPMENT,ITWIDELYAPPLICATIONYUCOAL,ANDMETALLURGICAL,ANDMINE,ANDPORT,FIELD,WITHTECHNOLOGYTECHNOLOGYOFPROGRESSANDDEVELOPMENT,ONEQUIPMENTOFREQUIREMENTSPERFORMANCEINCREASINGLYHIGH,ANDBENTRESISTANCEISCONVEYINGMACHINEOFMAINRUNRESISTANCEONEOF,ITSINDAILYUSINGINTHEBRINGSNOTNECESSARYOFWASTEANDLOSS,TODETAILEDRESEARCHCONVEYINGWITHBENTRESISTANCE,ANDTOPROVIDETESTTOOLSFORTHEDEVELOPMENTOFENERGYSAVINGCONVEYORBELTS,DESIGNEDTOARUBBERCONVEYORBELTBENDINGRESISTANCETESTBEDPAPERFIRSTACCORDINGTOGIVENOFTESTTAIWANPARAMETERONITSMAINPARTSASZHANGTIGHTCYLINDER,ANDPRESSUREXIACYLINDER,FORHASDESIGNANDCHECKTHENACCORDINGTOHASSOMECONVEYINGWITHBENTRESISTANCEMATHEMATICSMODELONBENTRESISTANCEFORHASESTIMATES,ONMOTOR,ANDREDUCER,PARTSOFRUNPARAMETERFORCALCULATION,ANDCALCULATIONANDANALYSISRESULTSFORACCORDINGTO,ONTESTTAICHUNGDRUM,ANDSUPPORTINGROLL,PARTSOFMODELANDPRODUCTIONMANUFACTURERSFORHASSELECTEDLASTTOVALIDATIONBYDESIGNTESTTAIWANOFCANMEETDESIGNREQUIREMENTS,USEDPRO/EONESTABLISHEDHASTESTTAIWANOFTHREEDIMENSIONALVIRTUALPROTOTYPEMODEL,ONMODELOFSTRUCTURE,ANDQUALITYANDTHEMACHINEOFASSEMBLYANDINTERFERENCESITUATIONFORHASANALYSISANDVALIDATION,AGAINUSINGANSYSONTESTTAIWANFORSTATICSANALYSISANDDIESTATEANALYSIS,ONTESTTAIWANOFSTRENGTHANDDYNAMICCHARACTERISTICSFORHASANALYSISANDCHECK,ANALYSISRESULTSSHOWEDTHATBYDESIGNOFBENTRESISTANCETESTTAIWANSTRUCTUREREASONABLE,ANDSTRENGTHCANMEETUSINGREQUIREMENTSKEYWORDSCONVEYORBELT；BENDINGRESISTANCE；RESISTANCETOBENDINGTESTBED；PRO/ENGINEER；ANSYS目录1绪论111选题的依据和意义1111选题的依据1112研究主要运行阻力及能耗机理的目的和意义112带式输送机主要运行阻力研究现状22试验台设计参数确定与选型321试验台主要设计参数322张紧缸和压下缸参数计算423输送带最大弯曲阻力估算824主要零部件选型11241电机功率与电机选择11242减速器选型12243驱动滚筒与张紧滚筒选型13244压辊、托辊选型133弯曲阻力测试试验台三维结构设计1431PRO/ENGINEER简介1432试验台主要零部件建模14321标准件绘制14322关键零部件建模2233试验台装配模型建立及干涉分析23331装配模型建立23332装配零件干涉分析294弯曲阻力测试试验台关键零部件强度校核3341ANSYS简介3342支架及主架的静力学特性分析3343试验台模态分析385结论456技术经济性分析46致谢46参考文献48附录A49附录B551绪论11选题的依据和意义带式输送机是输送散状物料最重要的设备之一，是以输送带作牵引和承载构件，通过承载物料的输送带的运动进行物料输送的连续输送设备。它广泛应用于煤炭、冶金、矿山、港口、建材等领域，随着国民经济的发展和科学技术的进步，带式输送机的应用将越来越广泛。目前带式输送机的发展趋势主要集中在长距离、高速度、大运量、大功率等方向。降低投资成本，降低运行阻力，提高单机效率和生产率一直是使用厂家追求的目标。111选题的依据输送机的运行阻力分为输送机线路上的主要阻力；各输送机部件上的附加阻力；输送载荷的提升阻力；由各种特殊装置产生的特殊阻力。对于长距离、大运量带式输送机来说，这几个方面阻力系数在总的综合模拟摩擦阻力系数中所占比例将随着输送机距离的增加、载荷的增大、胶带张力的提高而改变。对于平均张力、单位长度重量的大张力、重载荷胶带输送机，仅TT27均MKGW/10压陷阻力系数一项就高达总摩擦系数的70。附加阻力包括在加料处加速区内物料与导料槽侧板间的摩擦阻力；在加料区域内输送物料与输送带间的惯性阻力和摩擦力；输送带经过滚筒的弯曲阻力和滚筒轴承阻力，输送带清扫器的摩擦阻力等。附加阻力一般与输送机的长度无关，并且是一常量，对于长距离带式输送机而言，与主要运行阻力相比，其所产生的阻力是次要的，对于长度超过1000M的带式输送机来说，其大小不会超过009倍的主要阻力。112研究主要运行阻力及能耗机理的目的和意义首先，研究输送机主要运行阻力及能耗机理可以为设计低能耗输送机提供理论依据。众所周知，采用标准化的设计方法常常使计算能耗大于实际能耗，这不仅会增加输送机的投资成本，还会严重影响输送机的性能。通过对主要运行阻力及其影响因素的研究，得到计算运行阻力的科学、合理的理论公式，在设计中，就可以优化输送机结构技术参数等，这不仅可以解决上述问题，而且可以降低输送机能耗，这具有重要的实际意义和经济价值。其次，装机效率效率有所提升。我们国家输送机装机功率低，国产带式输送机的装机功率约为国外产品的3040，固定带式输送机的装机功率相差更大，而降低输送机的主要运行阻力可以在有限的装机功率的基础上提高生产效率，这对于长距离、高速度、大运量、大功率输送机的发展具有重要意义。长距离、高速度、大运量、大功率等已经成为目前带式输送机的发展方向，研究运行阻力的形成机理，分析输送带粘弹性特性、运行速度、载荷、托辊半径、托辊间距、输送带本身性能等各种因素对运行阻力的影响，对从根本上解决提速降耗，降低成本，提高运量和功率具有重要的意义。12带式输送机主要运行阻力研究现状变形阻力主要包括压陷阻力和弯曲阻力两部分。当输送带在托辊组间运行时，胶带周期性的横向和纵向变形使得胶带上各点相当于受到一个交变的动载荷作用，由于胶带的粘弹性特性，在动荷载作用下会产生能量损耗；当物料随输送带一起运行时，物料与输送带间及物料内部颗粒之间将产生相对运动、并伴随着物料颗粒的重新排列、剪胀及颗粒破碎等，这些都将产生能量的消耗，形成物料弯曲阻力。输送带压陷阻力是运行中托辊压入输送带覆盖层而引起的变形功，因为覆盖层材料具有的粘弹性滞后特性在带辊脱离接触后不能完全恢复引起的。输送带的弯曲变形阻力是当输送带在托辊组间运行时，由于胶带周期性的横向和纵向变形引起的；物料变形阻力是当物料随输送带一起运行时，由于输送带的横、纵变形而使物料内部产生内摩擦等，带料间产生外摩擦而产生的能耗引起的。2试验台设计参数确定与选型输送带测试试验台主要由驱动滚筒、张紧滚筒、试验台框架、电机、减速器等组成。在满足测试系统的试验条件的前提下，其具体设计参数简介如下12345678固定架；2支架；3张紧滚；4张紧架；5驱动滚；6托辊；张紧油缸；输送带图21弯曲阻力测试试验台工作原理图FIG21BENDINGRESISTANCETESTBENCHSCHEMATICDIAGRAM工作原理和工作过程测试前，先将张紧油缸缩回，然后将输送带放置在驱动滚筒和张紧滚筒之间，再采用硫化接头机对输送带进行硫化接头，当输送带链接完毕后，将张紧滚筒伸出，这时输送带被张紧，当输送带张紧到指定的张力时，张紧液压缸停止工作并锁死，然后再将支架上的压下缸伸出，推动压辊下压，作用于输送带上，使得输送带弯曲，当压下缸的推力达到指定值时，压下缸停止工作并锁死。最后，启动驱动滚筒并使滚筒以指定的速度运行，当滚筒的转速稳定后，变可从压辊上的阻力传感器上活动该张紧力和压下力作用下橡胶输送带的弯曲阻力值。21试验台主要设计参数带宽700MM；带速030M/S；带长115M；载荷范围05000N；驱动轮滚筒直径1000MM；托辊间距1200MM；试验所用托辊分平型托辊；托辊半径60MM；张紧力58T；最大压下力01T；液压缸机械效率09；按负载选择执行元件的工作压力，初选液压缸的工作压力80MPA1P选取此背压值为08MPA。2P试验所用的输送带为阜新橡胶总厂生产的布芯橡胶输送带GB/T798412850400CC3200N/MM22L，；2/8457MKGQD输送带覆盖层粘弹性参数，PAEEX895643PAEE69312PAEE9871SPAE607154122张紧缸和压下缸参数计算1）张紧缸和压下缸的相关计算（21）2121/PAPAFM式中负载力F液压缸机械效率M液压缸无杆腔的有效作用面积1A液压缸有杆腔的有效作用面积2液压缸无杆腔压力1P液压缸有杆腔压力2根据（21）推算出张紧缸无杆腔的有效作用面积（22）26211170809/MPFAM液压缸缸筒直径为（23）D1208/1704/611根据相关公式计算得出（24）DD2通过（24）计算液压缸活塞杆直径，再根据GB/T23481993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为125，活塞杆直DM径为90。1DM同理，根据（21）推算出压下缸无活塞杆时的有效作用面积（25）26212014809/PFAM液压缸缸筒直径为（26）MD4312/104/4622同理求出压下缸的液压缸缸筒直径为50，活塞杆直径为36。求出液2D2D压缸直径后对液压缸的有效面积进行重新验算；张紧缸无杆腔有效面积（27）23221M10745A有杆腔有效面积（28）23221159DD压紧缸无杆腔有效面积（29）2322M10645A有杆腔有效面积（22322295DD10）张紧缸压力（211）MPAAFP526102783压下缸压力（212）9632）液压缸稳定性验算，张紧缸稳定性条件（213）KKNF式中最大负荷力F液压缸稳定临界力K稳定性安全系数，取N2KN判别张紧缸最大挠度点位置的之值可由下式计算X（214）45021FJE式中活塞杆材料的弹性模量，对于钢材1EPA12活塞杆截面惯性矩，J441096DJ最大挠度点的位置实际上停留在活塞杆与缸筒交接处，即，因而此时的计算1LXX值仅供判别用。在查阅相关设计手册中“液压缸支撑形式与长度折算系数对照表”中可知，长度折算系数，有效长度，即可知可取1。1710LL按不等截面杆计算稳定临界力（）在多数情况下，液压缸最大挠度点,0/LXD的计算位置偏向缸筒一边，即，这时可用下面的公式计算稳定性临界力1LXKF（215）0TANTAN21LJEFLJEFKK式中活塞杆材料的弹性模量1E缸筒材料的弹性模量2活塞杆横截面惯性矩1J缸筒横截面惯性矩2活塞杆头部销轴孔至导向中心点的距离（见图22）1LA缸筒尾部销轴孔至导向中心点的距离（见图22）2图22液压缸纵向弯曲FIG22HYDRAULICCYLINDERLONGITUDINALBENDING直接利用式（215）计算较为复杂，为简化计算起见，可先算出和K12/L之值，再从图中查出相应的之值，然后按下式计算12/J1/JFKF（216）NK142108图23中的曲线，是在和的一定范围内作出的，若图中无相应1/JFK2/L12/J的和之值时，可用插值法求出。12/L2/FK通过计算求解后，可知满足（213）的稳定性条件。03040506070809102025102030405060708090100150180200MM25030040050060070080010001250150017502000L/LF/J图23时临界力计算图/1JFIG23CRITICALLOADCALCULATIONCHART23输送带最大弯曲阻力估算1）平输送带的弯曲阻力弯曲输送带的能量损失系数为（217）MB/如图24，对一长度为的试件，弯曲输送带作用力和突变力矩的关系的平YSM衡式为YFV根据力的关系有/VB所以（218）/MFB上式表示弯曲阻力是输送带试件弯曲力矩损失与弯曲半径的比值，这种关系可以从能量的方法得到。用长度的试件，弯曲曲率半径为施加一个弯曲力矩，则在角度SM上的弯矩损失的能量为，当试件全部经过托辊时，能量损失为/S/SASFAV内部的能量损失和外部的能量损失相等，有也就是，和上/SFB/FB面导出结果相同。图24托辊和输送带的接触区与输送带的垂直对称线FIG24ROLLERANDCONVEYORBELTCONTACTAREAWITHTHECONVEYORBELTVERTICALSYMMETRYLINE2）输送带的弯曲阻力由式（218）可知，弯曲阻力是托辊支撑弯曲处输送带的弯矩损失和曲率半径M的比值，即。按式（217）的定义，是托辊支撑处输送带/MBB1产生的弯矩；是输送带最低点的弯矩，他仍然产生阻力，且远小于，作用处的曲2M1M率半径也很大，有2121YEIMFBBBB将上式简化求得22TQEIFVB忽略项，可得TQ/（219）TFVB423）输送带的弯曲阻力系数弯曲阻力与输送带和物料的重力的比值为输送带的弯曲阻力系数BF（220）TFFVBVB4在上式中由输送带的挠度确定，当相对垂度小于1时，按德国标准TFV/DIN22101，槽型输送带的垂度为（221）TFASV8这表明输送带弯曲阻力引起的阻力对主要阻力影响较小。4）输送带张力计算可以为输送带、拉紧装置、滚筒组件等的选择和输送带垂度校核提供依据。输送带上任一点张力可用下式计算IF（222）IUIIF1式中输送带沿运行方向第点的张力1IF1输送带点到第点的区段上，输送带运行的各项阻力之和IUII改向滚筒趋入点的张力计算（223）ISTISISINIHIIFFF1121111根据实际情况取舍式中各项阻力。改向滚筒奔离点张力的简化计算（224）1IIK式中改向滚筒奔离点张力IF改向滚筒趋入点的张力1I改向滚筒阻力系数，包括输送带弯曲和滚筒轴承阻力的因素K计算步骤是按输送带垂度要求计算最小张力的，由于最小张力推算出输送带不打滑所需的欧拉系数。E按输送带垂度要求计算最小张力A承载分支4点的张力最小，由下式计算垂度要求的最小张力。4F已知承载分支相邻两个托辊组的间距，货载每米质量，MA210MKGQG/3976输送带每米质量。承载分支最小张力MKGQB/123（225）NAHQFGBC514089376/8X0INB回程分支5点是张力最小，由下式计算垂度要求的最小张力。5取回程分支相邻两托辊组的间距，代入下式后得回程分支最小张力MU3为HFMIN（226）NAHGQFBH3679801824/8MINMIN式中输送带最小允许张力MIN承载分支相邻两托辊组的间距0A回程分支相邻两托辊组的间距U物料每米质量GQ输送带每米质量B允许输送带最大下垂度，取。MINAH01MINAH为承载分支最小张力点取4F（227）NFC5IN4NFSTH751623304716850143U923232ST1102781607864956021为回程分支最小张力点5F（228）NFH680MIN56K7241783508回程分支主要阻力1HF（229）NQFLGBRUH54312COS1762COS1回程分支倾斜阻力1ST（230）GFBH06895389ST473524175189忽略弯曲阻力和前倾阻力18653129GQLFQBBRUNF741867359129C输送带的整体圆周力（231）FUHU64502308321D求所需的欧拉系数EFU12MAX得12/KEAU取启动系数，则51AK（232）063853671E24主要零部件选型241电机功率与电机选择（233）NGF17250350式中传送带拉力F总裁重量G滚动摩擦系数（234）MNRFT862501725式中驱动扭矩T驱动轮滚筒半径R（235）MIN/57/RDVN式中驱动轮转速N传动速度V驱动轮周长D（236）KWNTP5190式中电机功率P查机械设计手册，选择电机型号为Y2280M6，该型号具体参数如下表21表21Y2280M6型电机参数TAB21Y2280M6MOTORPARAMETERS额定功率额定电流转速效率功率因数最大转矩/额定转矩最小转矩/额定转矩55KW1047A980R/MIN9280862011242减速器选型（237）173598021NI式中电机转速1N滚筒转速2查机械手册第四卷减速器选型ZLY200。该型号减速器具体参数如下表22表22ZLY200型减速器参数TAB22ZLY200REDUCERPARAMETERS传动比输入转速输出转速输入功率181000R/MIN56R/MIN2595KW243驱动滚筒与张紧滚筒选型张进滚筒型号为GB99877，滚筒直径为1000，淄博明治机械有限公司驱动滚筒型号为YTH,滚筒直径为1000，淄博明治机械有限公司M244压辊、托辊选型压辊型号为76590，直径76宽度590德州亿轮输送机械有限公司M托辊型号为120700，直径120宽度700德州亿轮输送机械有限公司M3弯曲阻力测试试验台三维结构设计31PRO/ENGINEER简介PRO/ENGINEER的所有功能是全相关性的，全相关性就所有PRO/ENGINEER的功能之间是相互关联的，用户在研发设计过程中变更其中一个参数，而这个参数的变更会自动扩展到整个设计中去，它在推出的时候的核心内容就是参数化建模，在产品开发过程中用参数将零件的尺寸、形状等特征定义。这样，在以后的工作过程中需要改变尺寸的时候只需要修改其中的参数即可，并且可以反复的修改，以方便形成多种多样的解决方案，它不但可以应用于工作站也可以应用到单机上。为了使客户更加迅速的得到产品，有的时候必须要求多个设计人员同时处理一个产品，PRO/ENGINEER可以通过数据管理功能可以实现产品研发的并行程序，达到节省产品研发时间的目的，在软件中还可以对大型复杂的产品通过零件图进行虚拟装配，可以很直观的看到产品的结构、尺寸、形状等。对于PRO/ENGINEER软件的应用可以可靠的提高产品质量、降低设计者的劳动强度、避免样机生产所带来的经济浪费并切实可行的提高企业在市场中的竞争力。在我国，大多数企业的设计工程师都已经可以很好的利用三维设计软件来进行产品设计工作，特别的在华东和东南沿海一带，它给企业带来可观的经济效益。试验台设计中由多种零件组成，绘制各种零件都由PRO/ENGINEER中实体绘制特征操作绘制。实体绘制的常用特征有拉伸、旋转、扫描、混合、倒角、孔、抽壳、拔模等主要特征。运用相应特征绘制三为模型。32试验台主要零部件建模321标准件绘制单击“新建”命令按钮，打开如图31所示的“新建”对话框。在这个对话框中列出了可以建立的新文件类型，选择“零件”类型，在“名称”框中，键入文件名或使用默认名。不使用默认模板，清除“使用缺省模板”复选框，然后单击“确定”，打开如图32所示的“新文件选项”对话框打开，在对话框下的选项中选择米制模板（MMNS），单击“确定”按钮，PRO/ENGINEER绘图窗口打开并建立新文件。图31“新建”对话框图32“新文件选项”对话框FIG31“NEW“DIALOGBOXFIG32“NEWFILE“DIALOGBOX在输送带弯曲阻力测试试验台的设计中，试验台的零件较多，选取其中较为典型的运用PROE中较多的绘制特征零件进行分解绘制，如下所示的六角螺栓绘制。1）创建螺帽（A）在建立的新文件绘图窗口中绘制螺栓，单击“基础特征”工具栏中的“拉伸”命令按钮，系统打开“拉伸”属性栏，如图33所示。图33设置“拉伸”属性栏FIG33SETTING“STRETCH“PROPERTYCOLUMNS（B）接受系统默认，单击“位置”选项，选择面板上的按钮，选择绘制面，选用基准面FRONT作为绘制平面，采用系统默认的参考面RIGHT，方向为右，进入绘制界面。如图34所示，单击按钮，进入草绘界面。图34“位置”面板和“草绘”对话框FIG34“POSITION“PANELANDTHE“SKETCH“DIALOGBOX（C）选择调色板工具，选取六边形置于草绘平面，并修改尺寸，如图35所示，单击“完成”按钮退出草绘环境。回到主界面后，确定拉伸长度，在对话框里单击“完成”按钮完成特征创建，如图36所示。图35草绘正六变形图36生成螺帽实体FIG35SKETCHISSIXVARIANTSFIG36PLOTNUTENTITIES2）螺帽六角头倒角（A）单击“基础特征”工具栏中“旋转”命令按钮，系统打开“旋转”属性栏，单击对话框中“去除材料”按钮，默认为减材料。旋转角度360。（B）单击对话框的“位置”按钮，单击面板上的按钮，系统打开“草绘”对话框，选用基准面TOP作为草绘平面，采用系统默认的参考面RIGHT，方向为右。如图37所示，单击按钮，进入草绘界面。（C）进入草绘环境，绘制如图38所示的草绘截面。单击“完成”命令按钮，退出草绘环境。（D）回到主界面，单击“旋转”属性栏的“完成”命令按钮，系统完成旋转特征，结果如图39所示。图37选择参照图38草绘截面FIG37SELECTTHEREFERENCEFIG38THESKETCHEDSECTION图39螺帽倒角生成图FIG39CHAMFERNUTDIAGRAM3）创建螺杆（A）再次单击“基础特征”工具栏中的“拉伸”命令按钮，系统打开“拉伸”属性栏。（B）单击“放置”面板中按钮，系统打开“草绘”对话框，选用拉伸曲面为草绘平面，采用系统默认的参考面RIGHT,方向为底部，单击按钮，进入草绘界面。（C）在草绘环境绘制圆，如图310所示，单击“完成”按钮退出草绘环境。（D）回到主界面后，确定拉伸长度，在对话框里单击“完成”按钮完成特征创建，如图311所示。图310草绘圆图311模型绘制FIG310SKETCHEDCIRCLEFIG311MODEL4）创建倒圆角（A）给螺杆做倒圆角，单击“期初特征”工具栏中的“倒圆角”命令按钮，系统打开“倒圆角”属性栏，如图312所示。（B）在主界面中选取要倒圆角的边，并在倒圆角属性中选择DD，并输入半径D值，然后在对话框里单击“完成”按钮完成特征创建，如图313所示。图312设置“倒圆角”属性栏FIG312“ROUND“PROPERTYCOLUMNS图313“倒圆角”绘制图与“倒圆角”生成图FIG313“ROUND“DRAWINGWITHTHE“ROUNDED“SPANNINGGRAPH5）创建螺纹（A）选择系统菜单中的“插入”“螺旋扫描”“切口”命令，系统打开“螺旋扫描”对话框，并出现“属性”菜单，如图314所示。（B）在菜单管理器中选择“常数”“穿过轴”“右手定则”命令，单击“完成”命令，按照菜单管理器提示在草绘环境中选择草绘界面，如图315所示。选择RIGHT为草绘界面，默认正向。单击“确定”选项，系统打开“草绘视图”菜单，单击选择“缺省”选择。图314“螺旋扫描”菜单管理器FIG314“SPIRALSCAN“MENUMANAGER图315“螺旋扫描”选择项FIG315“SPIRALSCAN“OPTION（C）系统进入草绘环境，绘制螺旋扫描的轨迹，并绘制中心线，如图316所示。绘制完成，单击草绘“完成”命令按钮，退出轨迹草绘环境图316绘制“螺旋扫描”扫描轨迹FIG316DRAWS“HELICALSCAN“SCANTRACKS（D）回到主界面，系统打开图317所示的工作框，输入节距，单击按钮。图317节距输入工作输入框FIG317PITCHINPUTINPUTBOX（E）系统再次进入草绘环境绘制横截面，在扫描起始点处绘制如图318的截面。单击“完成”命令按钮，退出轨迹草绘环境。（F）系统打开“方向”菜单，如图319所示，单击“确定（默认为正向）”选项。（G）单击“属性”对话框的“确定”命令按钮，螺旋扫描特征生成。结果如图320所示。图318螺旋扫描截面绘制FIG318HELICALSWEEPSECTIONDRAWING图319确定螺旋扫描方向FIG319DETERMINETHEDIRECTIONOFHELICALSCAN图320螺旋特征生成的模型FIG320SPIRALFEATURESGENERATEDMODELS（H）保存文件到指定的位置并关闭当前窗口。322关键零部件建模在PRO/ENGINEER中运用以上实体特征进行零件绘制，绘制的部分零件如下图321所示。支架旋转张紧架张紧支撑梁油缸推移油缸座防偏横梁图321部分零件图FIG321PARTSPARTSDIAGRAM33试验台装配模型建立及干涉分析331装配模型建立当完成零件创建之后，就可以使用PRO/ENGINEER中的“装配模式”（ASSEMBLYMODE）把零件组装在一起构成“装配”（ASSEMBLY），装配可以作为一个“子装配”（SUBASSEMBLY）装配到另一个装配中去。进入PROE系统中，选择系统菜单栏中的“文件”“新建”命令，系统打开如图322所示的“新建”对话框，在对话框中选择“组件”单选按钮，指定文件名，系统默认扩展名为“ASM”，并勾掉系统默认的使用缺省模板。在弹出的第二个对话框中选“MMNS_ASM_DESIGN”，如图323所示。完成设置后单击，系统将自动进入装配模式。图322“新建”对话框图323“新建文件选项”对话框FIG322“NEW“DIALOGBOXFIG323“NEWOPTIONS“DIALOGBOX进入装配模式后，单击绘图区工具栏中的“将元件添加到装配”命令按钮，系统打开如图324所示的“打开”对话框，对话框显示当前工作目录下所有的零件及装配件，选取一个装配使用的零件后，系统将在装配区显示该零件，并打开“元件放置”（COMPONENTPLACEMENT）用户界面，如图325所示。图324“打开”对话框FIG324“OPEN“DIALOGBOX图325“元件放置”用户界面FIG325“COMPONENT“USERINTERFACE“元件放置”用户界面中的“放置”面板主要用于建立装配约束，如图326所示。当引入元件放置到装配中时，默认将选择“自动”放置约束类型，接下来可以执行下列操作图326“放置”面板FIG326“PLACEMENT“PANEL为元件和装配选择参照，定义放置约束，选择一对有效的参照之后，系统将自动选择合适的约束类型，且约束已启动。对于第一个放置的零件，选择“元件放置”工作用户界面下“自动”下拉菜单中的“缺省”放置，给定参考位置，其余装配的个零件基于当前坐标系，进行装配配。如图327所示。当选择“缺省”放置后，此时的工作栏中状态处显示“完全约束”，如图328所示，单击，完成初个零件装配。图327“元件放置”界面“自动”下拉菜单FIG327“PLACED“INTERFACE“AUTOMATIC“PULLDOWNMENU图328“缺省”放置后零件FIG328“DEFAULT“AFTERPLACINGPARTS继续装配其他零件时，仍单击，在工作目录下选择要装配的零件，在“放置”面板下新建约束中选择约束条件和约束类型，保证状态栏下显示出“完全约束”则约束完成单击确定。在零件的装配过程中都是基于装配原则进行装配，当装配状态显示“完全约束”时则可以确定，此零件装配完成，单击确定，继续装配其它零件。截取部分装配过程图，显示在装配过程中约束条件。如下图329所示。图329“支架”装配过程部分图FIG329“FRAME“PARTOFTHEASSEMBLYPROCESS支架的装配完成后的完整成品图如330所示，为了更好展现支架中所装备的各个零件，将其支架的装配图分解视图，即支架的爆炸图如图331所示。图330立架装配完成图图331立架组件爆炸图FIG330FRAMEASSEMBLYDIAGRAMFIG331FRAMEASSEMBLYEXPLODEDDIAGRAM在试验台的总体样机模型中，由较多的组件装配而成，再将组件与其他零件装配最终形成弯曲阻力测试试验台的样机模型。试验台中的部分装配组件如图332所示，装配组件的分解视图，即爆炸图如图333所示。张紧液压缸张紧轮弯曲阻力测试试验台图332部分零件装配图FIG332PARTSASSEMBLYDRAWING张紧液压缸分解图张紧滚分解图弯曲阻力测试试验台分解图图333相应组件爆炸图FIG333THECORRESPONDINGCOMPONENTEXPLODEDDIAGRAM332装配零件干涉分析1）全局干涉对装配的零件进行全局干涉检查，查看是否存在问题。检查零件与零件是否存在一定的干涉现象，影响零件与零件间的装配现象，以及是否对于整体结构有所影响，为之后的ANSYSWORKBENCH中对部件的静力学与模态分析打定基础。对立架进行全局干涉检查，单击“分析”“模型”“全局干涉”如图334所示，弹出全局干涉对话框，单击，检查在装备过程中是否有干涉，经检查对话框栏中无显示，即装配无干涉，如图335所示，单击，接受并完成当前分析。图334全局干涉图335“全局干涉”对话框FIG334GLOBALINTERFERENCEFIG335“GLOBALINTERFERENCE“DIALOGBOX对框架进行干涉检查，同理单击“分析”“模型”“全局干涉”，在弹出对话框中单击计算当前分析以供预览，发现“全局干涉”的工作框中出现零件，说明在装配的零件组合里有干涉存在，如图336所示，单击“显示全部”，即对干涉处进行加亮显示，如图337所示，则可知道螺栓在与零件装配中产生干涉，将产生的干涉螺栓全部删除，再次进行干涉检查，发现无干涉存在，单击接受并完成当前分析，如图338所示。图336干涉检查图337装配零件中干涉存在FIG336INTERFERENCECHECKFIG337INTERFERENCEEXISTSINTHEASSEMBLYPARTS图338重新干涉检查FIG338REINTERFERENCECHECK2）全局质量属性对立架进行质量属性分析，单击弹出“密度”对话框，根据所选用的材料更改材料密度，如图339所示，将图中的密度更改为7850KG/M3，单击确定密度，在“质量属性”的工作框中计算出相关数据，如图340所示。然后单击接受并完成分析。对立架分析后的主要数据如表31所示。图339“密度”对话框图340“质量属性”计算结果FIG339“DENSITY“DIALOGBOXFIG340“QUALITYATTRIBUTES“CALCULATIONS表31立架质量属性分析主要数据TAB31STATEMASSPROPERTIESANALYSISOFPRIMARYDATA体积MM3曲面面积MM2平均密度KG/M3质量KG9929E076245E06785077940对试验台的总体结构质量属性分析与立架分析同理，将密度改为所选材料密度，同为7850KG/M3，通过分析得出如图341所示结果。将图中所示重要结果整理如表32所示。图341“质量属性”计算结果FIG341“QUALITYATTRIBUTES“CALCULATIONS表32试验台质量属性分析主要数据TAB32KEYDATAONTHETESTBENCHQUALITYATTRIBUTEANALYSISIN体积MM3曲面面积MM2平均密度KG/M3质量KG1667E097144E07785013082954弯曲阻力测试试验台关键零部件强度校核41ANSYS简介ANSYS是目前世界顶端的有限元商业应用程序，是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用的有限元分析软件。有世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与大部分的CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如PRO/ENGINEER，NASTRAN，IDEAS,AUTOCAD等，是现代产品设计的高级CAD工具之一。利用CAE技术可以使复杂的工程分析变得简化、高精度、快速的计算。对质量、数量和强度计算与分析中，取得了很好的效果。运动精度的和性能分析、动态、静态特性、压力等方面也有了飞跃的突破。广泛应用于机械结构的变形、结构分析，对齿轮产品工程分析起到重要意义。ANSYS软件是由美国ANSYS公司推出的一款软件，它可以与多种CAD软件进行接口来完成数据的处理和交换。在机械设计行业内，ANSYS软件提供了诸多仿真的解决方案，被广大的机械设计师所应用，全球的各大小企业都相信ANSYS为它们的工程仿真软件投资带来最好的价值。随着现代化技术的突飞猛进，机械设计师门对一体化技术的应用日渐增加，使产品的可靠性增加。ANSYSWORKBENCH就是在这种环境下出现的有限元分析软件。目前ANSYS公司的ANSYSWORKBENCH所提供的CAD双向参数链接互动，项目数据自动更新机制，无缝集成的优化设计工具等新功能，使ANSYS在“仿真驱动产品设计”方面达到一种非常高的水平。42支架及主架的静力学特性分析1）支架静力学分析过程A）创建分析项目启动ANSYSWORKBENCH145，进入主界面。双击主界面TOOLBOX工具箱中的ANALYSISSYSTEMSTATICSTRUCTURAL选项，即可在项目管理区创建分析项目A，如图41。图41创建项目工程图FIG41CREATEPROJECTDIAGRAMSB）定义材料数据双击项目A中的A2栏ENGINEERUNGDATE项，进入如图42所示的材料参数设置界面，在该界面下即可进行材料参数设置。图42材料数据定义界面FIG42MATERIALSDATADEFINITIONINTERFACE根据实际需要，在ENGINEERINGDATESOURCES表中选择相应材料，然后添加。在分析中采用默认的STRUCTURALSTEEL，直接退出本窗口即可。C）添加几何模型在A3栏的GEOMETRY上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择IMPORTGEOMETRYBROWSE选型，此时会弹出“打开”对话框。在弹出的对话框中选择文件路径，导入几何文件体，此时A3栏GEOMETRY后的变为，表示实体模型已经存在。双击项目A中的A3栏GEOMETRY，此时会进入DM界面，如图43所示。此时如果设计树中显示，表示需要生成模型，单击按钮，即可显示生成的几何体，此时可在几何体上进行其他的操作。单击DM界面右上角的“关闭”按钮退出DM，返回到WORKBENCH主界面。图43DM几何模型FIG43DMMODELSD）定义零件行为双击主界面项目管理区项目A中的A3栏MODEL项，进入MECHANICAL界面，如图44所示，在该界面下即可进行网格划分、分析设置、产看结果等操作。图44进入MECHANICALFIG44INTOMECHANICALE）划分网格选择MECHANICAL界面左侧OUTLINE树结构图中的MESH选项，此时可以在DETAILSOF“MESH”细节窗口中修改网格，此次采用默认设置。在OUTLINE树结构中的MESH选项单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择GENERATEMESH选项，生成网格最终效果如图45所示。图45网格划分效果FIG45EFFECTOFMESHF）定义边界条件选择MECHANICAL界面左侧OUTLINE树结构图中的STATICSTRUCTURAL选项，此时会出现ENVIRONMENT工具栏。选择ENVIRONMENT工具栏中的SUPPORTSFIXEDSUPPORT，此时在树结构图中会出现FIXEDSUPPORT选项。选中FIXEDSUPPORT，选择需要施加固定约束的面，单击DETAILSOF“FIXEDSUPPORT”细节窗口中GEOMETRY选项下的按钮，即可在选中面上施加固定约束，选取固定的面后，单击“APPLY”进行添加，如图46所示。图46施加固定约束FIG46TOIMPOSEFIXEDCONSTRAINT选择ENVIRONMENT工具栏中的LOADSPRESSURE，此时在树结构图中会出现PRESSURE选项。选中PRESSURE，选择需要施加压力的面，单击DETAILSOF“PRESSURE”细节窗口中GEOMETRY选项下的APPLY按钮，同时在MAGNITUDE选项下设置压力为8MPA的面载荷，同时施加反作用力于立架上。如图所示47所示。图47施加力约束FIG47EXERTSAFORCECONSTRAINTSG）求解设置选择MECHANICAL界面左侧OUTLINE树结构图中的SOLUTION选项，此时会出现SOLUTION工作栏，选择工具栏中的DEFORMATIONTOTAL，此时树结构中会出现TOTALDEFORMATION选项，继续在工作栏中选择STRESSEQUIVALENT（VONMISES），此时树结构中出现EQUIVALENTSTRESS选项，如图48所示。图48树结构图FIG48TREESTRUCTUREDIAGRAMSH）仿真结果分析完成求解设置后，单击工作栏中按钮，等待结果生成，如图49所示。图49支架静力学分析结果FIG49SUPPORTSSTATICANALYSISRESULTS仿真结果分析由图示可知最大应变为0073789；最大应力为22983MPA，最小应力为22095E5MPA。（2）主架静力学分析在对主架的静力学分析中，对于主架的前期处理模型导入，材料定义，网格划分等基本操作与在对立架的静力学分析中相似，在对零件进行边界条件定义和施加约束中同样采取施加固定面，按主架的受力给主架施加力，进行静力学分析，分析后的结果如图410所示。图410主架静力学分析结果FIG410MAINFRAMESTATICANALYSISRESULTS仿真结果分析最大应变为065301；最大应力为87749MPA，最小应力为000021766MPA。43试验台模态分析模态分析模态分析在工程中应用广泛，因为结构的固有频率与相应的模态结构形状是设计承受变化载荷条件的重要参数，而模态分析用于计算结构的固有频率和模态形状。模态分析的基本操作过程如下（1）创建分析项目启动ANSYSWORKBENCH145，进入主界面。双击主界面TOOLBOX中的ANALYSISSYSTEMMODAL选项，在项目管理区创建分析项目A。（2）定义材料数据双击项目A中的A2栏ENGINEERINGDATE项，进入材料参数设置界面，在该界面下即可进行材料参数设置。采用系统默认值。关闭A2ENGINEERINGDATE，返回到WORKBENCH主界面，材料库添加完毕。（3）添加几何模型在A2栏的GEOMETRY上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择IMPORTGEOMETRYBROWSE，此时会弹出“打开”对话框。在弹出的对话框中选择文件路径，导入几何体文件，此时A2栏GEOMETRY后的变为，表示模型已存在。（4）定义零件边界条件双击项目A中的A4栏MODEL项，进入MECHANICAL界面，在该界面下即可进行网格划分、分析设置、结果查看等操作。在模态分析的前期过程中与静力学分分析相类似。（5）求解设置选择MECHANICAL界面左侧OUTLINE树结构图中的MODAL选项，此时会出现ENVIRONMENT工具栏。选择ENVIRONMENT工具栏中的SUPPORTFIXEDSUPPORT，此时在树结构图中会出现FIXEDSUPPORT选项，选中FIXEDSUPPORT，选择需要施加固定约束的面，单击DETAILSOF“FIXEDSUPPORT”细节窗口中GEOMETRY选项下的按钮，即可在选中面上施加固定约束，选取固定的面后，单击“APPLY”进行添加。选择MODAL左侧OUTLINE下树结构中的MODALANALYSISSETTINGS打开DETAILSOF“ANALYSISSETTINGS”细节窗口，在OPTIONS下