皮帶助卷機構的三維設計及仿真含SW三維.zip

皮帶助卷機構的三維設計及仿真含SW三維.zip,皮帶,機構,三維設計,仿真,SW,三維 附錄 1：外文翻譯 帶式包裝機卷取過程計算模型的開發(fā) 摘要 本研究介紹了卷帶機的卷繞機構，以研究卷繞成功的平衡力。通過建立有限元（FE）模型，通過套管上的皮帶包裹物將條帶纏繞 2 至 3 圈而不纏繞張力 T， 然后將 T 施加至靠近壓緊輥的條帶的相對側，并且將包裹物同時從條形線圈中取出。另外，對應于有限元模型的分析模型由厚和薄圓柱定理定義以量化卷繞機構。對這些變量如何相互影響，轉換成壓力 P [N/m2]和 P 是否分別檢查皮帶包裝 物 E [N/m2]的彈性，卷取機張力 T [N/m2]和摩擦系數(shù)μ用于計算帶狀線圈何時解開。例如，當 E 為低于1 × 109對應于(?? ?????????????? ???? ?????????????? ???? ????? ???????? ?????????????? ????,???????? = ???????????????? ???? ?????????????????? ???? ????? ???????????? ????,???????????? 0.877)時，帶卷被解開。最后，根據(jù) E 將最外面的套筒??r,o,???????????? [N / m2]上的徑向應力與先前的帶槽接頭的卷繞方法進行比較，以了解這些方法為什么不同?；谶@些結果，本文提出了卷繞標準以避免包裝機的卷繞失敗。 關鍵詞：接觸壓力 徑向應力 接觸層 徑向變形 靜摩擦力 帶卷由一根芯軸，夾送輥，帶槽接頭，皮帶包裝機和電動機卷繞而成，其卷取量和類型由鋼鐵行業(yè)的客戶或工程需求決定。卷繞方法可以根據(jù)鋼帶的端部如何與轉子連接來分類，但由于卷繞張力 T 的壓力積聚，卷材的內部通常比卷材的外部承受更大的壓力。如果卷取層超過其極限，則線圈的套筒和內部將首先變形。即使卷繞過程使用溝槽接頭將帶材的端部直接固定在轉子上，已經對套管進行了應力分布，不銹鋼的殘余應力，線圈塌陷，和卷取張力控制的研究，但卷繞過程使用皮帶包裝在之前已經研究過。由于該項目需要使用有限元方法計算帶鋼卷材的滑動，并且計算模型很難定義橡膠和接觸層的非線性行為，因此經驗手冊在實際卷取操作中非常有效。 為了詳細了解卷取機構，本文建立了卷取過程的有限元（FE）模型和分析模型，該卷取過程使用一種稱為條帶頭端定位在自由張緊卷軸上的帶式包裝并且已經進行了研究，并給出了物理方法通過比較壓力和應力分布。有限元模型包括幾個卷取階段：（1）用卷繞包裝紙卷取帶材上的帶材而不卷取張力 T，（2）在沒有帶包裝紙的情況下在帶材的相對側上施加 T，以及（3）旋轉套筒和通過使用兩種模型，建議根據(jù)皮帶包皮 E 的彈性和套筒最外側的摩擦力比較來分配壓力， 以解釋帶狀線圈如何結合。最后，比較了與皮帶纏繞物纏繞并且與溝槽接合處纏繞以顯示應力分布趨勢的套筒上的徑向應力。 卷繞過程由套筒，條帶和皮帶包裝（圖 1）組成。該過程分為三個階段。首先，將帶材纏繞在套筒上，并從帶包裝物壓縮。條帶是自由的，沒有卷繞張力 T。 通常，套筒轉動兩到三圈以在接觸層之間產生摩擦力。在這個模型中，套筒旋轉了大約 2.125 圈。接觸層之間可以施加的摩擦隨著旋轉次數(shù)的增加而增加。當套筒停止時，將 T 施加到帶材的相對側，并且將帶材包裝物同時從帶材卷材移除。由于去除了皮帶包裝，接觸層之間的接觸壓力瞬間下降，但是 T 抓住了帶狀線圈并且停止了壓降。最后，套筒和帶狀線圈由馬達帶 T 旋轉。在此階段，由于帶狀層壓導致接觸壓力增加。 圖 1 用皮帶包裝機卷取過程 基于卷繞機制，我們使用 ABAQUS 建立有限元（FE）模型（圖 2）。在第一卷取階段，鋼帶以套筒的角速度??1盤繞，并且所有部件由于使用摩擦系數(shù)μ的接觸定義而彼此接觸。在第二卷取階段，將 T 施加到帶的右側，并且套筒停止， 助卷機被移除，并且轉動 2.125 轉的套筒和帶卷以??3旋轉。該模型由許多元素和節(jié)點組成，因此為了給出物理意義，應該選擇特定元素和節(jié)點。在本文中，選擇套筒的最里面和最外面以及皮帶包皮來分析接觸壓力 P，徑向位移????和徑向應力 ????之間的關系。 圖 2 FE 多卷繞過程的動態(tài)模型 通過與有限元模型進行比較，開發(fā)了一種分析模型來量化卷繞過程。該分析模型基于前面的定理，并且在 MATLAB 中定義了兩個工程問題：（1）套筒旋轉兩次時的 P 分布和（2）第三卷繞階段的摩擦比較。 在應用 T 之前，帶材的端部，套筒，帶材卷材和帶式包裝材料相互壓縮（圖3），螺旋形帶材的變形難以量化，因此我們假定帶材的變形線圈并將變形與 FE結果進行比較以驗證它。 圖 3 套筒和帶狀線圈旋轉 2 圈的示意圖 最初，即使帶狀線圈實際上卷繞在有限元模型中的套筒上，帶狀線圈也會受到帶狀包層的壓縮，因此帶狀線圈的厚度較薄且?guī)罹€圈的長度較短。盡管開發(fā)了 FE 和分析模型來比較第二卷取階段結束時的物理現(xiàn)象，但應該修改分析模型的初始條件。即使 FE 模型實時復制卷繞過程，分析模型也會顯示我們想要調查的結果。如果假定條形線圈初始層疊在套筒上，則分析模型的條形線圈的長度將比第二卷繞階段結束時的 FE 的長度長得多。這一事實表明，帶狀線圈應具有不同的初始半徑來復制卷繞機構（圖 4）。帶狀線圈結構在套管和皮帶包皮之間的外部和內部壓力下與薄壁圓筒相同，因此我們將δ線圈 1 定義為線圈 1 r??,????????， 線圈1 的最內半徑。在這個問題中，我們有五個未知數(shù)---- P??,????????????，r??,????????????，r??,????????， r????????，r??,????????和五個邊界條件的代數(shù)方程（方程[1]到[5]）。帶狀線圈很薄，因此假 設它在相同的彈性應變下變形，而與半徑無關。用 5 個代數(shù)方程和 5 個未知數(shù)， 用不同的δ線圈 1 求解代數(shù)方程，并且通過 MATLAB 循環(huán)重復選擇最佳擬合δ 線圈 1。 圖 4 分析模型的圖表 （1）套筒最里面的徑向變形為零： 1 ?????????????? ??????????????(??2 × ????,???????????? ??2 × ????,????????????)????,???????????? ) ????,??,???????????? = × ( ?????????????? ??,???????????? ??,???????????? ??2 ??2 ??,???????????? ??,???????????? 1 + vsleeve Esleeve(Pi,sleeve Po,sleeve) × r2 × r2 + ( Esleeve i,sleeve (r2 r2 )ri,sleeve o,sleeve) = 0 o,sleeve （2）皮帶外包裝的徑向變形為零： i,sleeve 1 ?????????? ??????????(??2 × ????,???????? ??2 × ????,????????)????,???????? ) ????,??,???????? = × ( ?????????? ??,???????? ??,???????? ??2 ??2 ??,???????? ??,???????? 1 + ?????????? ??????????(????,???????? ????,????????) × ??2 × ??2 + ( ?????????? ??,???????? (??2 ??2 )????,???????? ??,????????) = 0 ??,???????? ??,???????? （3 到 5）接觸層之間的每個邊界半徑應該是相同的（r??,???????????? = r??,????????1 = r0,????????1 r??,????????2 = r ）： r??,????????2 ??,????????????  r??,???????????? + ??r??,???????????? r??,coil,renew = 0 r??,????????,?????????? r??,????????2,?????????? = 0 r??,????????2,?????????? r??,???????? ur??,???????? = 0 ri,coil1 = r??,???????????? + δ????????1 ， r??,????????1 = r??,????????1 + ?? ， r??,????????2 = r??,coil1 ， r??,coil2 = r??,????????2 + t， 其中u??,i [m]和u??,o [m]是最內層和最外層的徑向位移，υ是泊松比，E [N /??2]是彈性，ri [m]和ro [m]是半徑最內側和最外側分別是P?? [N / ??2]和P?? [N / ??2] 分別是最內側和最外側的壓力，t [m]是條的厚度，σ?? [N / ??2 ]，σ?? [N / ??2] 和σ?? [N / ??2]分別為徑向，圓周和縱向應力，ε??，ε??和ε??分別為徑向，圓周和縱向應變。 除E????????外，所有設計變量和操作條件都是固定的。分析模型包含這些變量部分是因為它涵蓋了特定時刻的工程問題。 我們進行參數(shù)分析來量化卷繞過程。首先，將 FE 模擬為在不同的E????????處進行模擬，然后獲得P??,????????????，P??,????????????，P??,????????，P??,????????以比較分析模型中的那些以量化卷繞期間的壓力分布。所有的結果都是在套管和帶狀線圈轉動兩圈而沒有 T 時獲得的，并且通過觀察線圈松開時的壓力分布如何變化來檢查。 當卷繞過程成功時，我們使用有限元模型對帶鋼進行卷繞，并使用足夠的E????????。線圈內部的接觸壓力應該檢查，以防止在卷繞過程之后將芯軸從套筒內部移除后其大的變形。當 T 太高或帶卷過多時會發(fā)生這種變形。我們預計套筒最外側的徑向應力σ??,??,???????????? 會隨著 E 帶的增加而增加。我們根據(jù)E???????? 檢查力σ??,??,????????????，將這些值與帶溝槽接頭的卷繞過程進行比較，并分析卷繞方式如何影響應力分布。 滑動區(qū)和無滑動區(qū)分別定義為表示具有 2.125 轉的帶狀線圈是否完全結合， 盡管在卷繞過程中接觸層總是滑動。套筒的內部和外部壓力以及皮帶包皮分布根據(jù)E????????而變化（圖 5）。 ln（P）與 ln（E????????）之間的關系大部分是線性的，當 ln（E????????）<22.7 時，其中P??,????????????> P??,???????? > P??,????????????> P??,????????，當 ln（E????????）>?22.7 時， P??,????????????>P??,????????> P??,????????????> P??,????????。然而，這種趨勢并不重要，因為無論這些壓力變化如何E????????都足夠大。在 ln（E????????）≤20.50 時，卷繞過程由于帶卷滑移而失敗。為了避免卷繞失敗，帶包裝應該提供足夠的壓力，其對應于 ln（E????????）> 20.5，即E???????? = ??20.5 = 8 × 108 Pa。 圖 5 壓力 vs E????????。1 區(qū)：滑動區(qū)域（卷繞失?。?2 區(qū)：防滑區(qū)（卷繞成 功） P??,????????/P??,????????????隨E????????變化（圖 6）。 在E????????<1GPa 時，分析模型無法預測 P??,????????/P??,????????????，但在E????????> 2.5GPa 時，P??,????????/P??,????????????不斷減小，而P??,????????/P??,????????????的最大值 ，1Pa≤E????????≤2.5GPa 時，P??,????????/P??,????????????成功卷繞的成功率約為 87.7％。在此間隔中，帶鋼卷的最內層滑動幾圈，直到通過額外的卷取提供足夠的壓力。這一觀察結果意味著，如果不需要帶鋼卷的最內層， 那么卷取過程可以在P??,????????<0.877·P??,????????????的情況下運行。 建議的有限元模型和分析模型就線圈松動的條件達成一致，所以即使先前的工作完全依賴于技術經驗，它們也可以通過改變設計變量和運行條件應用于卷繞過程。 圖 6 根據(jù)E????????，P??,sleeve與P??,????????之間的關系。 區(qū)域 1：滑動區(qū)域（卷繞失 ?。? 2 區(qū)：部分滑移區(qū)（卷繞成功）; 區(qū)域 3：防滑區(qū)域（卷繞成功 E） 如果不允許在接觸層之間滑動，T 的切向力總是σ??,??,????????????,??????????????的變化情況不同（圖 7）。 為了卷繞鋼帶，σ??,??,????????????應該>σ??,??,????????????,??????????????。 其中A??,????????????是套筒的曲面面積，E（）是平均值。 圖 7 與不同E????????的徑向應力比較。（a）：E????????= 0.5GPa;（b）：E????????= 150GPa; 實線：σ??,??,????????????; 虛線：σ??,??,????????????,?????????????? 利用 4.1 節(jié)的分析模型，這個標準可以用來計算合適的 T。例如，通過使用解析模型計算套管和線圈的 P 和σ之后，可以通過將所有變量代入方程式來計算T。當真實卷取張力T????????> T 時，可以預計卷材的滑動。 σ??,??,????????????在纏繞過程中與皮帶包皮或帶溝槽接頭一起顯示，以查看這些應力分布趨勢。隨著卷材數(shù)量的增加，套筒隨著皮帶包裝和溝槽接頭線性減少（圖 8）。這些線具有不同的數(shù)據(jù)范圍，因為包含不同Ebelt的有限元模型花費很長時間來計算數(shù)值解，并且在收斂數(shù)值解的步驟之間具有不同的數(shù)值迭代增量，但是這些分 布不會影響卷繞機構的調查。有時候，σ??,??,????????????帶包皮的套筒高于σ??,??,????????????，開 始卷繞時帶有凹槽接頭的套筒， 但這種趨勢并沒有持續(xù)很長時間。在許多σ??,??,????????????分布中，如果E????????相對較高，σ??,??,????????????帶包皮的套筒接近σ??,??,????????????帶有 凹槽接頭。這些結果意味著我們可以減少σ??,??,????????????，并且可以通過減少皮帶包裹物的壓縮來增加線圈的數(shù)量。 圖 8 徑向應力分布。線條：卷繞使用皮帶包裝; 字段圈：卷繞使用溝槽接頭， ↑表示增加 本文使用有限元卷曲模型和分析模型來研究使用皮帶包裝機的卷繞系統(tǒng);它將條形卷材壓在套管的最外表面上，然后量化套管和條形卷材之間的滑動機構如何受卷繞操作條件的影響。當皮帶包皮的彈性E????????高于臨界值時，皮帶包皮的最外表面和套筒的最內表面之間的壓力速率隨E????????增加而線性減小。帶卷和套筒之間的滑動發(fā)生在套筒上的徑向應力高于套筒上的實際徑向應力時發(fā)生。與先前帶槽接縫的卷繞過程相比，當帶卷不發(fā)生塑性變形時，套筒和帶卷的應力分布相同或更低。因為應力分布是滑動機構和套筒和帶卷的塑性變形的重要決定因素，所以有限元模型和分析模型對于精確地使用帶包皮的卷繞過程是有用的。 40 附錄 2：外文原文 41 46 任務書 論文(設計)題目：皮帶助卷機構的三維設計及仿真 工作日期：2017年12月18日 ~ 2018年05月25日 1.選題依據(jù): 皮帶助卷器是冷軋及精整線上必不可缺的重要設備，該題目主要是對帶鋼彎曲力矩和皮帶張力進行計算；對張緊油缸和擺動油缸進行型號選取和推力校核；另需要Solid Works軟件構建助卷器三維模型，模擬助卷工作過程；借助Solid Works Simulation工具對懸臂支撐軸進行有限元分析，使其滿足所需強度和剛度要求。該題目屬于機械設計范疇 ，適合做機制專業(yè)本科畢業(yè)設計使用。 2.論文要求(設計參數(shù)): 皮帶助卷器使帶鋼產生彎曲的前提是帶鋼的彎曲力矩必須小于于皮帶的張力力矩 ，對皮帶助卷器功能的實現(xiàn)進行機架結構設計，對力矩分析計算及油缸校核，對懸臂軸進行有限元分析，使其滿足工作強度和剛度使用要求。 1.助卷器結構設計 2.帶鋼彎曲力矩及皮帶張力計算 3.帶鋼咬入條件和助卷退出條件分析 4.張緊油缸、擺動油缸的選取和校核 5.懸臂軸的有限元分析 6. 用Solidworks軟件構建皮帶助卷器三維模型，其中必須有一個系統(tǒng)的3D設計圖，并作爆炸視圖和動畫演示。 7.繪制或者生成主要零部件的二維工程圖。 8.撰寫設計說明書，字數(shù)不少于6000字。 3.個人工作重點: 1.確定皮帶張力及皮帶類型，同時對張緊油缸和擺動油缸進行計算和校核。 2.對支撐懸臂進行有限元分析，并針對實際工作過程中常出現(xiàn)的問題進行分析和改善 ，如延長皮帶使用壽命、提高生產效率、提高卷取質量和卷取穩(wěn)定性等。 3.利用Solidworks軟件繪制零件圖及裝配圖，仿真模擬皮帶助卷器工作過程。 4.時間安排及應完成的工作: 第1周：一：了解題目研究的主要內容和理論意義及應用價值，查閱有關文獻。 第2周：二：查閱文獻、閱讀文獻，了解研究的內容及實現(xiàn)的技術路線 第3周：三：撰寫文獻綜述并完成開題報告 第4周：四 ：修改開題報告及文獻綜述準備開題答辯。第5周：五：皮帶助卷器機構總體結構設計，繪制草圖第6周：六．皮帶助卷器設計計算，繪制草圖 第7周：七：皮帶助卷器的校核及皮帶跑偏問題的解決 第8周：八：皮帶助卷器的三維建模 第9周：九：皮帶助卷器主要零部件的二維工程圖的設計。 第10周：十：懸臂軸的結構設計及校核 第11周：十一：懸臂軸的有限元分析及仿真 第12周：十二：修改并完成皮帶助卷機構的設計總工程圖。 第13周：十三：撰寫設計說明書 第14周：十四：提交論文、圖紙、查重報告，準備答辯 5.應閱讀的基本文獻: 1.邊金生.軋鋼機械設備[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2003(12) 2. 謝東鋼，高林林.我國冷軋板帶材生產技術現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].重型機械，2011(4). 3. 傅作寶.冷軋薄鋼板生產[M].第2版.北京:冶金工業(yè)出版社，2005.1 4. 孫劍亭，毛朝暉.皮帶助卷器助卷過程分析及設計計算[J].一重技術，2014(5) 5.陳守東.鏈式助卷器在冷軋硅鋼卷取機上的應用[J].中國高新技術企業(yè)，2010(4) 6.張敏，鄭軍華，趙立娟.液壓傳動技術[M].北京:科學出版社，2014(3) 7.白象忠.材料力學[M].北京:中國建材工業(yè)出版社，2003 8.陳璽，劉銀娟，尤磊.皮帶助卷器的設計與計算[J].重型機械，2011 (4) 9.符可惠.皮帶助卷器的受力計算[J].有色金屬加工，2005.34(6) 10.Barfoot, G. J. Computer modeling of belt conveyor systems[M]. National Conference Publication-Institution of Engineers, Australia n 93 pt 8 Sep 22-25 1993. 11.孫傳力.冷軋助卷機的改造[J].現(xiàn)代冶金.2009.37(3):59-60. 12.尹京.皮帶助卷器的理論計算及結構設計研究[J].一重技術，2012(5):9-13. 13.成大先.機械設計手冊[M].第5版.北京:化學工業(yè)出版社，2010(1):3-5. 14.濮貴良，紀名剛.機械設計[M].第8版.北京:高等教育出版社，2006(5):3332-336. 15.陳永當，任慧娟，武欣竹.. 基于Solid Works Simulation的有限元分析方法[J]. CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2011(9). 指導教師簽字： XX 教研室主任意見： 同意 簽字：XX 2017年12月14日 教學指導分委會意見： 同意 簽字：XX 2017年12月15日 學院公章 進度檢查表 第 -4 周 工作進展情況 初步了解所設計的皮帶助卷機構的作用，適用場合。與老師進一步討論設計步驟及開題報告寫法，根據(jù)題目查閱國內外文獻，深入了解皮帶助卷機構的發(fā)展現(xiàn)狀，為開題報告的撰寫做準備。 2018年01月11日 指導教師意見 講解設計題目要求和理論意義及應用價值。講解開題報告的內容及寫作方法，講解文獻資料的查閱及文獻綜述的寫作要求。充分領會選題的內容及意義。 指導教師(簽字)：XX 2018年01月11日 第 -1 周 工作進展情況 根據(jù)所查文獻，初步撰寫開題報告，在老師的多次教導之后，完成了開題報告。并進行了開題報告的答辯，提交了開題報告。為后續(xù)設計打下基礎 。 2018年01月11日 指導教師意見 該生工作認真刻苦，開題報告中的工作時間安排合理，技術路線規(guī)劃切實可行。文獻資料查閱比較充，文獻綜述格式正確，內容詳實。 該生能較好地完成開題報告，及開題答辯。同意開題。 指導教師(簽字)：XX 2018年01月11日 第 5 周 工作進展情況 本階段，主要對皮帶助卷器機構進行總體結構設計，繪制相關草圖，并對皮帶助卷器進行設計計算，以及對皮帶助卷器的校核及對皮帶跑偏問題進行了解決，在老師的指導下，對皮帶助卷器進行了初步的三維建模。 2018年04月07日 指導教師意見 工作進度整體合理，但在跑偏問題上設計進度較慢，后續(xù)攆上。目前各部分的設計計算基本正確，校核計算較為可信。三維設計工作量很大，一些細節(jié)需要進一步完善，需要檢查各部分的裝配干涉問題及機械配合、高級配合問題。二維圖紙需要注全技術要求，后期補上。 指導教師(簽字)：XX 2018年04月07日 第 10 周 工作進展情況 本階段，完善了零部件的二維圖的設計，檢查了三維圖各部分的裝配干涉問題及機械配合、高級配合問題，完善了相關細節(jié)。對懸臂軸進行了結構設計并校核，在老師的指導下，對其進行了有限元分析及仿真，修改完成了皮帶助卷機的設計總工程圖，最后，撰寫了的設計說明書。 2018年05月10日 指導教師意見 總體設計進度按要求完成。需要注意幾個問題：三維圖生成二維圖紙過程中，一些不合理的尺寸需要刪掉和修改。二維圖紙上的技術要求要標注全 ，部分地方的表達需要改進。三維爆炸視圖基本合理，懸臂軸的有限元分析合理可靠。設計說明書格式尚有錯誤，需要進一步修改。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月12日 過程管理評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 工作態(tài)度 態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹 3 3 遵守紀律 自覺遵守學校有關規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師,接受指導 3 3 開題報告 內容詳實，符合規(guī)范要求 5 5 任務完成 按時、圓滿完成各項工作任務 4 4 過程管理評分合計 15 過程管 理評語 該同學工作態(tài)度非常認真，刻苦踏實，作風嚴謹，學習態(tài)度端正，能多次主動聯(lián)系老師，虛心接受指導。 該生能自覺遵守校規(guī)校紀，在畢業(yè)設計階段一直在專心做設計 ，雖然復習考研占據(jù)了一定的時間，但是該生在考研結束后能奮起直追，在很短時間內攆上前期稍微滯后的設計任務，很好的完成了各擬定的設計階段的各項工作。 該生有較強的文獻資料檢索能力，占有資料較為全面，開題報告的撰寫內容詳實，格式正確符規(guī)范要求，文獻綜述較為全面，外文翻譯正確可信。 中期檢查按時達到計劃進度的設計任務。整個畢業(yè)設計全程基本按照計劃圓滿完成各階段的任務。最后的論文設計圖紙等按時提交。 指導教師簽字:XX 日期:2018-05-23 指導教師評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 選題質量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 5 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 5 5 完成質量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 9 指導教師評分合計 19 指導教 師評語 該題目來源于生產實際，屬于機械設計范疇，符合機械設計制造及其自動化專業(yè)培養(yǎng)目標要求，有一定的實踐意義，該題目難度 、深度適宜，繪圖量較大，尤其是基于三維繪圖的設計，工作量很飽滿。 該生有較強的綜合運用知識的能力和較高科研方法運用能力。有較高的中文外文表達能力，文獻資料檢索能力很強，計算機應用能力尤其是三維繪圖能力較強。 該設計文題相符，概念準確，分析計算校核正確合理，結論明確可信。論文結構、格式、圖、表等符合基本規(guī)范要求。 同意參加答辯 指導教師簽字:XX 日期:2018-05-23 評閱人評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 選題質量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 5 4 完成質量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確 合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 評閱人評分合計 16 評閱人 評語 在生產成卷成品冷軋帶鋼時，卷取機扮演了重要角色。以其相關結構設計為題，符合本專業(yè)培養(yǎng)目標的要求，具有一定的實際應用價值，難度和工作量適中。XX同學完成了相關結構的設計與計算，繪制了相應的機械結構圖，并進行了相關的有限元分析，并完成了三維模型的建立，工作內容較為完整、豐富。設計說明書內容較為完整、層次基本清晰、格式符合基本規(guī)范、公式引用及計算合理。提交的設計資料能反映出該生具備較好的知識綜合應用能力 、文字表達能力和使用工程軟件進行設計的能力。 評閱人簽字：秦力舒 評閱人工作單位：機械工程學院日期：null 答辯紀錄 學生姓名：XX 專業(yè)班級：XX 畢業(yè)論文(設計)題目： 皮帶助卷機構的三維設計及仿真 答辯時間：2018年05月 日 時 分 ~ 時 分 答辯委員會(答 主任委員(組長)： XX 辯小組)成員 委 員(組 員)： XX XX 答辯委員會(答辯小組)提出的問題和答辯情況 問題1：本結構有何不足？ 回 答： 本結構是懸臂軸式的，結構輕巧。問題2：卷后如何切？ 回 答： 無本設計。 問題3：機構的作用？為什么不用齒輪助卷？ 回 答： 用皮帶助卷鋼帶；考慮到皮帶的傳動特點，傳動比不高，安全。 問題4：卷好的鋼放在何處？如何保證不跑偏？ 回 答： 在凸棍處；用凸臺和機械限位。 問題5：鋼帶規(guī)格？最大卷多大？ 回 答： 厚0.3-2.3mm，寬700-1630mm，能卷2米多，1700毫米。問題6：仿真的軟件？仿真結果的可信度？ 回 答： solidworks;用solidworks驗證計算的準確性。 記錄人： 2018年05月24日 答辯委員會評價表 評價內容 具體要求 總分 評分 自述總結 思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理 10 10 答辯過程 能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù) 10 8 選題質量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 5 完成質量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確 合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語應用能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 10 8 答辯委員會評分合計 39 答辯委員會評語 XX同學在畢業(yè)設計工作期間，工作努力，態(tài)度認真，能遵守各項紀律 ，表現(xiàn)良好。 能按時、全面、獨立地完成與畢業(yè)設計有關的各環(huán)節(jié)工作，具有一定的綜合分析問題和解決問題的能力。 論文立論正確，理論分析得當，解決問題方案實用，結論正確。 論文使用的概念正確，語言表達準確，結構嚴謹，條理清楚。 論文中使用的圖表，設計中的圖紙在書寫和制作時，能夠執(zhí)行國家相關標準，規(guī)范化較好。 具有一定的獨立查閱文獻資料及外語應用能力，原始數(shù)據(jù)搜集得當，實驗或計算結論準確。 答辯過程中，能夠簡明和正確地闡述論文的主要內容，思路清晰，論點基本正確；回答問題準確，有應變力；有較好的語言表達能力。 答辯成績： 39 答辯委員會主任： XX 2018年05月30日 成績評定 項目分類 成績評定 過程管理評分 15 指導教師評分 19 評閱人評分 16 答辯委員會評分 39 總分 89 成績等級 B 成績等級按“A、B、C、D、F”記載 成績審核人簽章： XX 學院審核人簽章： XX 一、選題依據(jù) 1、研究領域 機械設計 2、論文（設計）工作的理論意義和應用價值理論意義： 通常，對于厚度＞1mm 的帶鋼可利用卷取機卷筒的鉗口夾住其頭部進行卷取， 而對于薄帶鋼（厚度＜1mm），由于帶鋼頭部不易進入卷取機卷筒鉗口，所以采用有鉗口卷筒卷取機對薄帶鋼進行自動引入的可靠性較差，另外，目前的許多彩涂帶鋼板成品卷根據(jù)需求，要在內圈增加紙板保護套筒，根本無法采用帶有鉗口的卷筒，此時就需要配備助卷機進行輔助卷取。因此，皮帶助卷機是冷軋及精整線上不可或缺的重要設備。 應用價值： 卷取機是將熱軋或冷軋帶鋼卷取成卷筒狀的軋鋼車間輔助設備，冷、熱帶鋼、線材由于產品斷面形狀的特點，在軋制后可立即用卷取機將鋼材彎曲成卷，從而為增大原材料重量、提高軋制速度、減小軋件頭、尾溫差提供了有力的條件，由此導致了產品產量與質量的提高，此外，成卷的軋材便于運送，因此卷取機在整條機組中起著至關重要的作用，而皮帶助卷器又是保證卷取機順利卷取帶鋼的輔助裝置。因此，具有很高的應用價值。 3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 皮帶助卷器是冷軋及精整線上必不可缺的重要設備，廣泛用于鋼鐵、鋁材、銅材等冶金行業(yè)。在對薄帶鋼進行冷軋或精整的生產過程中，需要借助皮帶助卷器將最初的 2~3 圈帶鋼纏繞到卷取機卷筒上，使其建立起所需的初始張力，然后才可以進行張力軋制和卷取，皮帶助卷器已經成為生產線上不可或缺的一部分。 自 2002 年我國設計的第一臺助卷機投入使用后，又根據(jù)不同技術參數(shù)要求，陸續(xù)開發(fā)出一系列小車水平移動式、地面固定擺動式和懸掛擺動式助卷機。其中既有上卷取式，也有下卷取式，入料角度近 20 余種，有一些產品在結構上采用了雙皮帶張緊輥，減小整機外廓尺寸，使用效果良好。隨著第一臺皮帶助卷機成功開發(fā)后，由于各用戶生產工藝及生產條件的不同，對助卷機的要求必然存在差異，因此，不同參數(shù)要求的皮帶助卷機 （圖紙代號 CD0222、CD0304、CD0305、CD0312、CD0416、 CD0417、CD0455、CD0530、CD0532、CD0543、CD0550、CD0603、CD0605、CD0794、 CD0796、CD0817、CD0834、CD0839、CD0847、CD0850） 陸續(xù)被開發(fā)。這個系列產品已先后為北京機械自動化研究所、武漢山力板帶技術工程有限公司、北京星河眾工設備技術有限公司、北京鋼鐵研究院新冶工程公司等單位設計并總承包的鍍鋅機組、彩涂機組配套累計生產百余臺，部分產品還隨同機組出口到越南、約旦和烏茲別 11 克斯坦，為企業(yè)創(chuàng)造產值近 800 多萬元，經濟效益可觀。 綜上所述，我國在皮帶助卷機的研究方面取得了重要的進展，其使用效果大大改進，具體在以下方面： ① 皮帶的使用壽命提高，降低了對皮帶助卷器的維護成本； ② 軋制效率提高，提高了帶材產量； ③ 具有良好的抗油性,可抗多種溶劑,弱酸,弱堿及鹽類； ④ 表面層有良好的耐切割性,可適應艱苦的工作環(huán)境； ⑤ 良好的摩擦性,鋼板能更緊密被包覆； ⑥ 輸送帶速度于滾筒速度配合公差精密,可高速運行。 但，在科技的推動下,整個社會生產對機械設計制造提出更高要求。在現(xiàn)代化生產模式下,傳統(tǒng)機械合計彰顯不適應性。立足新時期,以機電一體化、智能化、自動化為特征的設計備受關注,成為機械制造行業(yè)的發(fā)展趨勢和方向。而助卷器存在的主要問題有以下幾方面: ①卷取時助卷器發(fā)生劇烈振動及噪音; ②助卷器皮帶輥子軸承易燒毀; ③助卷皮帶消耗量過大。 所以，解決以上問題為主要目的。皮帶助卷機構也將向更加模塊化、微型化、綠色環(huán)保型發(fā)展。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題 本課題主要通過對帶鋼彎曲力矩進行計算，來確定皮帶張力及皮帶類型，同時對張緊油缸和擺動油缸進行計算和校核，對支撐懸臂進行有限元分析，并針對以往工作過程中常出現(xiàn)的問題進行分析和改善，如延長皮帶使用壽命、提高生產效率、提高卷取質量和卷取穩(wěn)定性等。 利用 Solidworks 軟件繪制零件圖及裝配圖，仿真模擬皮帶助卷器工作過程。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） 助卷機主要技術參數(shù)有：鋼帶厚度、鋼帶寬度、卷取機卷筒直徑、卷取成品最大直徑、入料角度。所以，從以下幾個方面入手設計： 1) 皮帶助卷器的運動分析 2) 機架等主要零部件的材料選擇 3) 動力設計 4) 帶材彎曲力矩和皮帶張力力矩設計 5) 帶材第一圈卷取時的臨界角 6) 助卷器工作狀態(tài)下帶材允許的張力 7) 皮帶進行選取和合理布置 8) 對張緊油缸和擺動油缸進行計算和校核 9) 支撐懸臂進行有限元分析 10) 系統(tǒng)的潤滑設計 3.本論文（設計）預期取得的成果 通過學習及查閱有關資料掌握皮帶助卷機的工作原理以及其機構的設計, 了解現(xiàn)在皮帶助卷機的發(fā)展趨勢、相關技術的對比及市場前景。通過自主設計并選擇最合理的方案設計能夠得到以下結果： (1)皮帶助卷機工作原理及總體方案設計； (2)主要部件的結構設計（裝配圖、零件圖） (3)設計說明書； (4)與皮帶助卷機相關的一篇外文翻譯（2000 字以上）。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； a.查閱資料，了解做研究課題的研究意義、研究概況和發(fā)展趨勢； b.制定出皮帶助卷機構的總體方案設計； c.對皮帶助卷機構的具體部分進行理論計算； d.進行皮帶助卷機構的結構設計; e.利用計算機輔助設計。 2.論文（設計）進度計劃 第 1 周：了解題目研究的主要內容和技術路線，查閱有關文獻。 第 2 周：查閱文獻、閱讀文獻 第 3 周：閱讀文獻并完成外文文獻翻譯 第 4 周：撰寫文獻綜述并完成開題報告 第 5 周：主要零件校核計算，帶材彎曲力矩和皮帶張力力矩計算第 6 周： 助卷頭進行優(yōu)化設計 第 7 周： 皮帶進行選取和合理布置第 8 周：設計產品 第 9 周：二維零件圖繪制 第 10 周：三維圖的繪制、做三維圖的爆炸視圖和動畫演示 第 12 周：撰寫設計說明書 第 13 周：提交論文、圖紙、查重報告 第 14 周：準備答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 王叢平. 皮帶助卷機的設計應用[J]. 設備管理與維修.2011 [2]周國盈.帶鋼卷取設備[W]. 冶金工業(yè)出版.1982 . [3]孫銘.趙惠玲[P].中國發(fā)明專利，CN205362273U.2016-07-06 [4]莫軍曉,李衛(wèi)東[P].中國發(fā)明專利，CN203370863U.2014-01-01 [5]嚴肅,陳孟濤,程茂,段斌修. 冷軋薄板卷取機助卷皮帶受力分析及優(yōu)化[J]. 武鋼技術.2012 [6]尹京.皮帶助卷器的理論計算及結構設計研究[J].設計與計算.2012 [7]符可惠.皮帶助卷器的受力計算[J].有色金屬加工.2005 [8]譚添.卷取機助卷系統(tǒng)動態(tài)研究及助卷支臂有限元分析[D].天津：南開大學，2015 [9]黃寧海. 寶鋼熱軋卷取機計算機系統(tǒng)的改造[D].遼寧：東北大學，2007 [10]孫傳力.冷軋助卷機的改造[J].現(xiàn)代冶金.2009.37(3):59-60. [11]劉應.卷取機助卷輥支臂有限元分析[D].湖北：武漢科技大學，2012 [12] 趙志良,張微,姚林.四機架冷連軋機皮帶助卷器的改造[J].鞍鋼技術.1996. (1):54-57. [13] 楊天和, 聶現(xiàn)秋. 冷軋廠連退線皮帶助卷器皮帶斷裂原因淺析[J]. 解決方案.2012 [14] 孫天健,胡俊.皮帶助卷器液壓回路原理設計及故障診斷[J].機床與液壓.2017 [15]李紅薇.轉盤式雙卷筒卷取機結構設計和計算[D].重慶：重慶大學，2008 [16] 何勇,張均湖,黃立宇,陳斌,蘇志樣.三冷軋酸軋卷取機皮帶助卷器改造.中國 (唐山)綠色鋼鐵高峰論壇.2012 [17]李俊豐.皮帶助卷器的技術改造[J].有色金屬加工.2011 [18]李三江,李亞娜.國外包裝機械的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢及國內包裝機械的發(fā)展策略之我見[J].工業(yè)技術.2015 [19]鄭祥臣,徐啟發(fā),馬瑞杰.皮帶助卷器故障分析及優(yōu)化[J].冶金設備.2013 [20]Yonghui Par,Hyunchul Park assessment of Development of Computational Models for Coiling Process with the Belt Wrapper[J].Metallurgical and Materials Transactions B, October 2016, Volume 47, Issue 5, pp 2699–2704 [21] K.T. Park, Y.H. Park, K.S. Kim, S.Y. Won, W.K. Hong, M.S. Chun and H.C. Park: Proceeding of Annual conference of the Korean Society of Mechanical Engineers, 2015, vol. 11, pp. 1416–20 [22] B. Anderson, N. Fowkes, R. Hickson and M. McGuiness: Study Report by BlueScope Steel, 2009 附：文獻綜述  文獻綜述 0 引言 卷取機是將熱軋或冷軋帶鋼卷取成卷筒狀的軋鋼車間輔助設備,冷、熱帶鋼、線材由于產品斷面形狀的特點,在軋制后可立即用卷取機將鋼材彎曲成卷,從而為增大原材料重量、提高軋制速度、減小軋件頭、尾溫差提供了有力的條件,由此導致了產品產量與質量的提高此外,成卷的軋材便于運送,因此卷取機在整條機組中起著至關重要的作用,而皮帶助卷器又是保證卷取機順利卷取帶鋼的輔助裝置,一般地,冷軋帶鋼在卷取過程中,帶鋼首先進入皮帶助卷器,通過皮帶助卷器的皮帶繞纏到卷取機卷筒上,形成張力后助卷器退出,帶鋼則進行張力卷取。 [3] 皮帶助卷機構涉及到機械、液壓、空間運動建模等一系列領域，因而研究出高水平、高性能的助卷機構，對機械行業(yè)的發(fā)展具有重大意義。而對皮帶助卷機構的研究有很多方法，國內外很多學者對皮帶助卷機構進行了研究，從不同的角度進行分析， 本文就對這些學者的研究進行綜述。 1 皮帶助卷機構的基本原理 助卷器的主要功能是輔助卷筒將帶鋼卷成鋼卷，主要由磁力皮帶裝置、升降裝置、上抱緊裝置、下抱緊裝置、張緊裝置及助卷皮帶組成。在軋制時，助卷器抬起，助卷皮帶在上、下抱緊裝置和張緊裝置的作用下包住卷筒，做卷取準備，助卷皮帶為環(huán)形無頭皮帶，可快速更換皮帶，皮帶的張緊采用液壓缸驅動，油缸活塞腔壓力由電液比例減壓閥來控制，通過對液壓缸壓力的控制來調整皮帶張力。[5] 具體為，通過平移（或擺動）液壓缸將助卷裝置移動（或擺動）到張力卷取機卷筒位置，液壓缸驅動的擺臂機構動作使助卷皮帶環(huán)繞在卷取機卷筒的圓周表面區(qū)域后，液壓缸或氣缸）驅動的皮帶張緊機構動作使環(huán)形助卷皮帶的一部分緊緊的貼敷在卷取機卷筒約 3/4 的圓周表面上至助卷工作狀態(tài)。此時，卷取機卷筒轉動，借助摩擦力的作用使環(huán)形助卷皮帶沿著卷筒表面做無相對滑動的運動。當帶鋼板（或鋁板） 頭部以某一特定的角度，通過導料板被引入到卷取機卷筒與助卷皮帶之間后，助卷皮帶迫使帶鋼緊貼卷筒表面進行纏繞，待帶鋼在卷取機卷筒上纏繞 2～3 圈，卷筒上各圈帶鋼之間的摩擦力達到張力卷取所需張力時，助卷裝置完成助卷工作，按著進入助卷狀態(tài)的逆向步驟退出至預備工作狀態(tài)。[1] 2 皮帶助卷機構的應用 皮帶助卷機是鋼鐵冶金行業(yè)中連續(xù)生產機組末端張力卷取機的一種輔助裝置，通常應用于將厚度小于 3mm 的帶鋼頭部自動引入張力卷取機卷筒，利用卷筒上各圈帶鋼之間的摩擦力形成卷取張力，實現(xiàn)最終的張力卷取。現(xiàn)在也有皮帶助卷機應用于鋁彩涂板生產線。[1] 一般說來，厚度＞1mm 的帶鋼可利用卷取機卷筒的鉗口夾住其頭部進行卷取，而對于薄帶鋼（厚度＜1mm），由于帶鋼頭部不易進入卷取機卷筒鉗口，所以采用有鉗口卷筒卷取機對薄帶鋼進行自動引入的可靠性較差，另外，目前的許多彩涂帶鋼板成品卷根據(jù)需求，要在內圈增加紙板保護套筒，根本無法采用帶有鉗口的卷筒，此時就需要配備助卷機進行輔助卷取。[9] 3 國內皮帶助卷機構的發(fā)展現(xiàn)狀 自 2002 年我國設計的第一臺助卷機投入使用后，又根據(jù)不同技術參數(shù)要求，陸續(xù)開發(fā)出一系列小車水平移動式、地面固定擺動式和懸掛擺動式助卷機。[1]其中既有上卷取式，也有下卷取式，入料角度近 20 余種，有一些產品在結構上采用了雙皮帶張緊輥，減小整機外廓尺寸，使用效果良好。隨著第一臺皮帶助卷機成功開發(fā)后，由于各用戶生產工藝及生產條件的不同，對助卷機的要求必然存在差異，因此，不同參數(shù)要求的皮帶助卷機 （圖紙代號 CD0222、CD0304、CD0305、CD0312、CD0416、CD0417、 CD0455、CD0530、CD0532、CD0543、CD0550、CD0603、CD0605、CD0794、CD0796、CD0817、 CD0834、CD0839、CD0847、CD0850） 陸續(xù)被開發(fā)。這個系列產品已先后為北京機械自動化研究所、武漢山力板帶技術工程有限公司、北京星河眾工設備技術有限公司、北京鋼鐵研究院新冶工程公司等單位設計并總承包的鍍鋅機組、彩涂機組配套累計生產百余臺，部分產品還隨同機組出口到越南、約旦和烏茲別克斯坦，為企業(yè)創(chuàng)造產值近 800 多萬元，經濟效益可觀。[1] 我國在皮帶助卷機的研究方面取得了重要的進展，其使用效果大大改進，具體在以下方面： 1) 皮帶的使用壽命提高，降低了對皮帶助卷器的維護成本； 2) 軋制效率提高，提高了帶材產量； 3) 具有良好的抗油性,可抗多種溶劑,弱酸,弱堿及鹽類； 4) 表面層有良好的耐切割性,可適應艱苦的工作環(huán)境； 5) 良好的摩擦性,鋼板能更緊密被包覆； 6) 輸送帶速度于滾筒速度配合公差精密,可高速運行。[16] 隨著科學技術的發(fā)展，已有一些科學家通過對皮帶助卷器結構的改進和間隙、壓力控制值的合理選擇,很好的提高了皮帶的使用壽命,降低了溢出邊和松卷現(xiàn)象,從而降低了成本。通過增設快速更換缸,便于維護人員及時安排檢修。[4] 4 國外皮帶助卷機構的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著經濟建設的迅速發(fā)展,尤其是冶金工業(yè)發(fā)展的迫切需要,新上或改造的高速帶鋼冷連軋機組日益增多,卷取機以其高效、連續(xù)的帶鋼卷取方式,已成為帶鋼冷連軋生產線,尤其是全連續(xù)的冷軋帶鋼生產線的首選卷取設備。轉盤式雙卷筒卷取機結構設計緊湊,可節(jié)省設備安裝空間,節(jié)省機組投資。國外已經將其用于改造項目,可將改造量降至最低。它同時也可適用于生產線入口段的開卷操作。[18] 美國的助卷機械生產規(guī)模較大，因而其最大特點就是大型。機械大批量的生產使得美國的產量和品種位于世界首位，產品也因其自身所具有的精細、高質量等特點遠銷世界各國。與此同時，美國大力發(fā)展電子信息技術，將計算機網絡技術應用到機械生產中去，一體化生產環(huán)節(jié)，生產效率也大大提高。[18] 5 皮帶助卷機構的發(fā)展趨勢 助卷器近年來，為了提高生產效率，縮短輔助操作時間，薄帶鋼冷連軋機組、精整機組及平整機組的卷取機一般不再采用鉗口咬入卷取，而是借助皮帶助卷器將帶材卷繞在套筒上。因此皮帶助卷器已成為冷軋帶鋼生產線上的重要設備之一。 [6]但國內的皮帶助卷器出現(xiàn)溢松邊現(xiàn)象，和松卷現(xiàn)象，損壞率高，成本高。未來， 助卷器將繼續(xù)致力提高產品質量及生產效率[4]。 a) 而助卷器存在的主要問題有以下幾方面: b) 卷取時助卷器發(fā)生劇烈振動及噪音; c) 皮帶輥子軸承易燒毀; d) 皮帶消耗量過大。 未來，達到使帶鋼具有良好力學性能、工藝性能、成品質量好、生產成本低、軋制速度快的目的。[19] 6 結語 本次畢業(yè)設計應首先根據(jù)論文的選題背景,國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，通過對設備進行結構分析,掌握皮帶助卷機的工作原理、結構特征及技術特點。對皮帶助卷機進行結構分析及計算,得出在不同工況及負載變化、參數(shù)變化卷取速度、卷取張力等下, 卷取機主要參數(shù)。擬定產品鋼卷規(guī)格及主要工藝、設備參數(shù),使用軟件對皮帶助卷機主要件進行三維實體建模,然后使用軟件建立有限元模型,對卷取機主要件進行力學分析。[15]雞兒 進而設計出一臺與生產實際相適應的、可以解決實際問題的皮帶助卷機。盡量做到保證高速度下卷取機卷取的效果,得到卷得齊,卷得緊,幾乎沒有表面劃傷的高質量帶卷