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基于有限元分析的钢包回转台整体结构设计

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容及意义

1.4 本章小结

第二章 钢包回转台设计验算

2.1 钢包回转台结构简介

2.2 钢包回转台驱动系统的设计验算

2.2.1 电动机功率计算及校验

2.2.2 液压马达计算及校验

2.3 齿轮副啮合的选型计算及校验

2.3.1 回转支承的选型计算及校验

2.3.2 小齿轮的设计

2.4 钢包回转台地脚螺栓的计算与校验

2.5 钢包回转台各关节铰点及油缸的受力计算

2.6 本章小结

第三章 钢包回转台整体结构的静态分析及减量化设计

3.1 钢包回转台有限元模型的建立

3.1.1 钢包回转台三维模型的建立

3.1.2 有限元方法及Hyperworks简介

3.1.3 建立钢包回转台有限元模型

3.1.4 材料的基本失效理论及判定准则

3.2 钢包回转台有限元静力分析

3.3 钢包回转台有限元模型的减量化设计

3.4 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

致谢

参考文献

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摘要

钢包回转台是连铸机生产线上承上启下的关键设备,它的作用是进行钢水包满包与空包的更替,从而保证钢水浇注的连续性,其功能设计的完整性和结构的安全性对连铸机的生产有着重要的意义。本文通过对平行四连杆式钢包回转台的整体结构进行分析,详细阐述了钢包回转台的设计过程,并利用有限元分析的方法对钢包回转台整体结构进行分析,以得出减量化设计的可能,然后在保证钢包回转台整体结构安全性的前提下对钢包回转台进行减量化设计。具体研究内容如下:
  (1)钢包回转台整体结构设计。根据钢包回转台的载荷情况和工作转速,进行驱动系统的设计计算及校验;回转支承与小齿轮齿轮副啮合的设计计算及校验;建立钢包回转台在偏载载荷作用下倾翻的计算模型,对地脚螺栓的强度进行计算及校验;对钢包回转台进行受力分析,计算各关节铰点处的受力和升降油缸的受力,并以此进行关节轴承和升降油缸的选型。钢包回转台的设计经历了初选型—计算校验—再选型—计算校验,直至满足工艺要求的过程。
  (2)减量化设计。利用Pro/E创建钢包回转台的三维实体模型,对模型进行合理简化后通过HyperMesh数据接口导入,并在HyperMesh中对钢包回转台整体结构进行有限元网格划分,建立有限元计算模型。通过对钢包回转台整体结构的有限元分析,由应力云图和位移云图可知,钢包回转台整体结构中回转臂、提升臂、转台、底座和连杆的强度富裕度很大,有必要进行减量化设计,并通过减量化设计—有限元分析—减量化设计这一反复的过程,在不影响安全性的前提下实现钢包回转台减重的目标。
  本文通过对钢包回转台整体结构设计及其减量化设计的研究,为钢包回转台整体结构设计提供了方法和流程,减量化设计的结果可以避免浪费并为企业带来巨大的经济效益,也为减量化设计思路推广到连铸机其他核心设备创造了条件。

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