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回火炉门横梁的强度分析与结构优化

发布于:2016-03-03 18:19
强度分析

      某铸锻车间的4.5x3.5x3型室式回火热处理炉主要用于对铸锻件以及其他零件进行回火等热处理工艺,它由炉体、炉门及升降系统、助燃风系统、燃烧系统、热风循环系统、排烟系统及电控系统等部分组成,如图所示。炉门横梁作为炉门及升降系统中的重要部分,是典型的变刚度截面梁结构,在以往的传统设计中,一直沿用的传统解析方法需要一系列的假设,其计算结果往往与实际相差很大,对其挠度的计算难以准确定位,为安全起见,往往对型钢的选型过大。本研究通过ANSYS Workbench有限元分析App对炉门横梁进行详细的强度分析和研究,旨在为4.5x3.5x3型室式回火炉门横梁的校核及优化改进方案提供有力的理论依据,从而准确掌握部件的应力分布规律,节约材料、降低制造成本。
      4.5x3.5x3型室式回火炉炉门横梁由两根长度为7320mm的28号Q235-A热轧型钢作为主体,纵向分布11块加强型钢通过焊接而成。炉门横梁顶部安装有炉门提升装置,根据材料力学常识,该炉门横梁可简化为图所示简支梁力学模型。经分析计算,P力的大小为39700N,对称作用在距衡量中心1600mm位置处,F力的大小为1700N,L=6.85m,cz=1.825m。因Q235-A的弹险模量E=210GPa,28号槽钢的截面惯性矩I=4760cm4,由叠加法可求得炉门横梁中点处的挠度,由于炉门横梁顶部要安装减速机提升装置,为保证水平方向的配合尺寸,需要保证炉门横梁竖直方向的变形量要满足提升装置中的滚子链联轴器的技术要求。
      由于GL8滚子链联轴器允许的偏差为3.8mm,车由向偏差角度为1°。由前计算结果可得,炉门横梁的挠度转角,该挠度变化超过GL8滚子链联轴器的许用变形量,不符合设计要求,因此需要对炉门横梁的结构进行优化改进,以使其满足滚子链联轴器的使用要求。
      根据材料力学常识,采用改变横梁主体槽钢的型号的方法对整体的挠度变形量的改变影响甚微,结合以往的设计经验,在炉门横梁下方焊接两块10mm厚的Q235-A钢板作为腹板,增加其整体的刚度,采用SolidWorks建立的三维模型轮廓图如图所示。ANSYS Workbench对SolidWorks,Pro/E、UG等大型CAD建模App能实现真正的无缝联接,并在其统一的环境中实现各种模型的装配和CAE工程分析。
      ANSYS Workbench本身可以对网格划分进行详细的优化,特别是针对复杂不规则的机械零件网格模型可以进行特殊的优化,剔除无用因素,保留对结果起关键作用的因素,符合结构现实工况的需要。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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