卧式普通旋压机床结构优化设计及整机研制

发布时间：2017-03-20 17:03

  本文关键词：卧式普通旋压机床结构优化设计及整机研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国汽车工业的快速发展，以及环保要求的增强，，三元催化器作为汽车排气系统必不可少的关键环保零部件，在汽车工业领域应用广泛。为了确保汽车尾气的净化效果，工程实际中对三元催化器壳体的成形质量提出了较高的要求。 本论文以汽车排气系统用三元催化器壳体为研究对象，综合运用有限元数值模拟、机械设计与优化理论完成了卧式普通旋压设备的自主开发与研制。借助于MSC.Marc软件对三元催化器壳体旋压成形过程进行了全工序模拟；采用UG、ANSYS等软件完成了该旋压设备的机械本体结构设计、关键部件的有限元仿真分析及参数结构优化设计；最后完成了三元催化器壳体的试制试验。具体的研究内容及结论如下： （1）研究了三元催化器壳体旋压成形全工序模拟的关键技术，采用MSC.Marc软件建立了符合产品实际旋压工艺的有限元模型；分析研究了该过程旋压力的变化规律，并确定了旋压设备的主传动功率。这为旋压设备的机械结构设计奠定了力学基础。 （2）根据旋压成形原理、机床设计理论与三元催化器壳体旋压工艺要求，完成了旋压设备机械结构的设计与校核，主要包括主轴传动系统、伺服进给系统与床身等附属部件。与同类型的旋压设备相比，本文自主开发与研制的旋压设备在主轴传动系统与托料装置等部件上进行了技术改进与结构创新，且具有操作简便、定位准确等优点。 （3）运用ANSYS软件对旋压设备关键部件进行了有限元仿真分析。主要分析研究了各部件结构的强度与刚度，结果表明，各部件结构的机械性能满足机床设计要求，且存在一定的优化空间；同时还对比分析研究了不同筋板布局对床身重量、强度及刚度的影响，最终获取了床身结构最佳筋板布局方案。 （4）基于参数结构优化设计理论，本文建立了旋压设备关键部件的参数化几何模型，在满足部件结构强度及刚度要求的前提下，以重量为优化目标，完成对旋压设备主轴箱体及床身的优化设计，结果显示，主轴箱体与床身的静力学特性在满足机床设计要求的前提下，两部件结构重量减轻均达到15%以上，较好的实现了旋压设备轻量化的设计目标。 （5）完成了三元催化器壳体的试制试验，结果表明，三元催化器壳体旋压成形质量较好，壁厚分布均匀，其减薄率均在8%以下，完全符合产品质检要求。这也初步验证了本文自主开发与研制的卧式普通旋压设备的工程实用性与市场价值。
【关键词】：三元催化器壳体 卧式旋压机 结构设计 参数优化 有限元分析
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG305
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 普通旋压技术发展概述11-13
• 1.3 国内外旋压设备的应用与发展现状13-14
• 1.3.1 国外旋压设备发展现状13
• 1.3.2 国内旋压设备发展现状13-14
• 1.4 优化设计在机床结构设计中的应用14-16
• 1.5 课题来源、研究意义及研究内容16-18
• 1.5.1 课题的研究背景和目的意义16-17
• 1.5.2 课题主要研究内容17-18
• 1.6 本章小结18-19
• 第二章 三元催化器壳体旋压设备力能参数的确定19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 三元催化器壳体旋压工艺数值模拟19-26
• 2.2.1 数值模拟关键技术问题处理19-21
• 2.2.2 几何建模与有限元离散21-22
• 2.2.3 材料模型的建立22-25
• 2.2.4 旋轮运动轨迹坐标确定25-26
• 2.3 模拟结果分析及再处理26-28
• 2.4 旋压机主轴驱动功率的确定28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 三元催化器壳体旋压设备机械结构设计30-49
• 3.1 引言30
• 3.2 旋压机总体方案设计及工作原理30-33
• 3.2.1 总体结构布局设计方案30-32
• 3.2.2 旋压机工作原理32-33
• 3.3 旋压机主轴传动系统设计33-41
• 3.3.1 主轴箱体的设计34-35
• 3.3.2 主轴箱 V 带传动设计35-37
• 3.3.3 主轴设计及校核37-41
• 3.4 旋压机伺服驱动进给系统设计41-46
• 3.4.1 纵向滚珠丝杠副驱动系统设计42-44
• 3.4.2 横向滚珠丝杠副驱动系统设计44-46
• 3.5 旋压设备其他部件的结构设计46-48
• 3.5.1 床身装置设计46-47
• 3.5.2 托料及尾架装置设计47-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 旋压设备关键部件有限元仿真分析49-74
• 4.1 引言49
• 4.2 床身有限元仿真分析49-60
• 4.2.1 床身静力学分析49-57
• 4.2.2 床身模态分析57-60
• 4.3 筋板布局对床身静动态性能的影响60-66
• 4.3.1 床身不同方案有限元分析61-64
• 4.3.2 有限元结果对比分析64-66
• 4.4 主轴箱有限元仿真分析66-71
• 4.4.1 主轴箱体有限元建模67
• 4.4.2 主轴箱体有限元结果分析67-69
• 4.4.3 主轴零件有限元建模69
• 4.4.4 主轴零件有限元结果分析69-71
• 4.5 回转刀座装置有限元仿真分析71-73
• 4.5.1 回转刀座有限元建模71-72
• 4.5.2 回转刀座有限元结果分析72-73
• 4.6 本章小结73-74
• 第五章 旋压设备关键部件优化设计及产品试制74-96
• 5.1 引言74
• 5.2 机械优化设计方法74-78
• 5.2.1 结构优化理论74-76
• 5.2.2 优化方法及优化工具概述76-77
• 5.2.3 基于 DOE 法的多目标优化设计77-78
• 5.3 主轴箱体结构参数优化设计78-86
• 5.3.1 主轴箱体参数化模型建立78-80
• 5.3.2 主轴箱体优化结果分析80-86
• 5.4 床身结构参数优化设计86-92
• 5.4.1 床身参数化模型的建立86-87
• 5.4.2 床身结构优化结果分析87-92
• 5.5 三元催化器壳体旋压机产品试制研究92-95
• 5.5.1 三元催化器壳体试制试验92-93
• 5.5.2 三元催化器壳体壁厚质量分析93-95
• 5.6 本章小结95-96
• 结论与展望96-98
• 参考文献98-103
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果103-104
• 致谢104-105
• 附件105

【参考文献】

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本文编号：258108