轨道列车型材搅拌摩擦焊设备的优化设计

发布时间：2017-09-10 19:39

  本文关键词：轨道列车型材搅拌摩擦焊设备的优化设计

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【摘要】：随着我国轨道交通行业的迅速发展,轨道列车铝合金型材的需求量也日益增大,对于可以进行铝合金焊接的搅拌摩擦焊设备的研究就显得至关重要。本文以铝合金为加工对象,以搅拌摩擦焊设备为研究对象,首先对搅拌摩擦焊设备进行了结构的设计;然后对设计的结构进行静动刚性的分析,验证设计方案的可行性;最后对关键部件进行减重和提高刚性的优化设计。搅拌摩擦焊设备主要包括床身和主轴头两大部分,论文对两大部分涉及的结构设计方案、传动系统设计、动静刚度分析及优化进行了研究。主要研究内容如下:首先,完成搅拌摩擦焊设备的方案设计和三维建模。根据设计要求,运用功能原理分析法提出总体方案、设计传动路线,借助Pro/E软件完成零部件的三维建模和装配,得到了设备整机的三维模型。其次,完成传动系统的设计与选型。根据传动路线和工况的要求,提出对元器件各项参数的要求,再通过计算和校核,完成了传动系统的设计及主要元器件的选型计算。然后,完成设备整机及其关键部件的有限元分析。运用ANSYS workbench软件对整机及主轴进行静力分析和模态分析,得到应力和变形云图、固有频率和振型,验证了搅拌摩擦焊设备的动静刚性。对横梁和安装架再进行静力分析,为下一步优化设计提供理论基础。最后,完成横梁和安装架的优化设计。针对横梁和安装架的分析结果,对分析结果进行研究,提出了改变筋板厚度、改变结构布局等优化设计方案,对改进的模型进行再分析,对比模型改进前后的分析结果,选择结构的最优方案。
【关键词】：搅拌摩擦焊设备 有限元 动静刚性 优化设计
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U270.6;TG439.8
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 课题研究的背景及意义12
• 1.2 搅拌摩擦焊技术的研究现状12-16
• 1.2.1 搅拌摩擦焊的原理12-13
• 1.2.2 搅拌摩擦焊的国内外发展现状13-15
• 1.2.3 搅拌摩擦焊在轨道车辆上的应用15-16
• 1.3 搅拌摩擦焊设备的研究现状16-17
• 1.4 机床设备研究现状17-20
• 1.4.1 机床设备设计方法17-18
• 1.4.2 机床设备优化设计概况18-20
• 1.5 本文主要研究内容20-22
• 第二章 搅拌摩擦焊设备的方案设计及三维建模22-45
• 2.1 主要设计要求概述22
• 2.1.1 加工对象及要求概述22
• 2.1.2 设备功能的设计要求22
• 2.2 总体方案的分析与设计22-29
• 2.2.1 功能原理分析22-25
• 2.2.2 总体方案设计25-26
• 2.2.3 传动路线设计26-29
• 2.3 搅拌摩擦焊整机及其结构部件的设计29-33
• 2.3.1 底座的结构设计与建模30-31
• 2.3.2 工作台的结构设计与建模31
• 2.3.3 立柱的结构设计与建模31-32
• 2.3.4 横梁的结构设计与建模32
• 2.3.5 溜板的结构设计与建模32-33
• 2.4 主轴头回转执行部件的设计33-36
• 2.4.1 安装架的结构设计与建模33-34
• 2.4.2 主轴传动系统的设计及选型34-36
• 2.4.3 B轴摆角和C轴传动系统的设计及选型36
• 2.5 进给系统的设计计算与选型36-45
• 2.5.1 X向工作台移动系统设计37-40
• 2.5.2 Y向主轴头移动系统设计40-43
• 2.5.3 Z向主轴头进给系统设计43-45
• 第三章 设备整机及其关键部件的有限元分析45-61
• 3.1 有限元分析理论基础45-47
• 3.2 整机床身的动静刚度分析47-56
• 3.2.1 模型的简化分析47-49
• 3.2.2 整机床身的静力分析49-53
• 3.2.3 安装架的静力分析53
• 3.2.4 横梁的分析53-54
• 3.2.5 整机床身的模态分析54-56
• 3.3 主轴的动静特性分析56-61
• 3.3.1 主轴的静力分析57-58
• 3.3.2 主轴的模态分析58-61
• 第四章 搅拌摩擦焊关键部件的优化设计61-67
• 4.1 优化设计的概述61
• 4.2 横梁的优化设计61-64
• 4.2.1 横梁的初步改进方案61-63
• 4.2.2 横梁最终改进方案及校核63-64
• 4.3 安装架的优化设计64-67
• 4.3.1 安装架的改进方案64-65
• 4.3.2 安装架改进方案的校核65-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 课题总结67
• 5.2 课题展望67-69
• 参考文献69-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 栾国红;柴鹏;;搅拌摩擦焊技术应用现状和发展趋势[J];金属加工(热加工);2008年24期

2 魏国峰;宫莹;王巍;陈佳莹;;基于ANSYS数控车床床身有限元结构分析[J];黑龙江工程学院学报;2008年04期

3 张维;陈宪刚;查长松;;新型船舶焊接技术——搅拌摩擦焊的原理与应用[J];舰船科学技术;2007年04期

4 ;搅拌摩擦焊的船舶应用[J];现代焊接;2007年06期

5 赵衍华,林三宝,吴林,冯吉才;搅拌摩擦焊应用及焊接设备简介[J];电焊机;2004年01期

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本文编号：826246