壳体设计范文

壳体设计范文（精选12篇）

壳体设计 第1篇

公司研发的系列化高压永磁同步电动机具有高效率、高功率因数、高自起动能力、低运行噪声等性能优点。由于转子组件进行大幅改进, 而机壳采用外购的异步机壳体见图1所示, 电机在测试过程中发现侧壁振动量较大, 可能影响电机的实际使用寿命。为保证该电机的实际使用效果及其寿命, 对电机壳体进行重新设计, 并采用Ansys对新壳体进行强度分析。获取新机壳的强度与位移量对其进行分析, 以保证工程实际需要及其使用寿命。

1 振动源分析

1.1 单边磁拉力

电机运行时由于转子相对于定子偏心, 容易产生单边磁拉力, 增加壳体振动, 进而影响电机的性能。由文献[1]获取单边磁拉力计算公式:

式 (1) 中:β为经验系数, 同步电机采用β=0.4;K0为磁拉力刚度;δ为单边平均气隙;e0为初始偏心。

同文献[2]中获取的单边磁拉力公式计算结果对比获取其均值进行分析。

1.2 转子质心偏心

由于电机转子与定子装配之间有一定的间隙以及转子制造误差发生偏心情况, 通过轴承座传递至壳体发生振动。假设转子质心偏离旋转中心r, 转子总重为m, 根据文献[3]获取转子偏心导致轴承承受的径向力为, 其中LC为质心与轴承的中心距离。

1.3 安装误差

电机转子在安装过程中由于制造公差限制, 无法保证转子与机壳完全满足同心, 由此获悉转子在转动过程中会发生在机壳的限制下发生小幅度位移, 加上单边磁拉力及转子偏心容易对机壳进行冲击载荷, 影响机壳的强度及使用寿命。

2 分析计算

2.1 模态分析获取振动特性

模态分析是设计机构或机器部件承受动载荷结构设计中的重要参数。分块兰索斯法其特别适用于大型对称特征值求解问题, 根据机壳图纸获取材料为20钢。

设置网格划分等级为8级, 采用分块兰索斯法获取结构固有频率见表1所示。

转子转动的固有频率为16.7 Hz, 与机壳的固有频率无交合点, 机壳不会发生共振。对机壳只需进行瞬态分析获取其在运行瞬时的应力与位移进行分析。

2.2 瞬态分析

通过瞬态分析的完全法进行壳体的强度及其位移量, 从而获取侧壁的承载力并对其进行优化分析, 达到降低侧壁的振动量的目的。

滚动轴承在工作中, 在通过轴心线的轴向载荷Fa作用下, 可认为各滚动体平均分担载荷, 即各滚动体受力相等。当轴承在纯径向载荷Fr作用下见图2, 内圈沿Fr方向移动一距离δ0, 上半圈滚动体不承载, 下半圈各滚动体由于个接触点上的弹性变形量不同承受不同的载荷, 处于Fr作用线最下位置的滚动体承载最大, 其值近似为5Fr/z (点接触轴承) 或4.6 Fr/z (线接触轴承) , Z为轴承滚动体总数, 远离作用线的各滚动体承载逐渐减小。对于内外圈相对转动的滚动轴承, 滚动体的位置是不断变化的, 因此, 每个滚动体所受的径向载荷是变载荷。

公司研发该高压永磁同步电动机转子采用轴承为6224深沟球滚子轴承, 其滚子数目为10。采用轴承载荷分布情况对机壳进行过载瞬态分析, 分析周期采取转子转动一周时间, 对侧壁进行瞬态分析。获取侧壁在某一瞬间的振动法向位移图、节点应力图见图3和图4所示, 该瞬时位移最大点在整机运行时的法向位移见图5所示, 应力最大点在整机运行时的应力见图6所示。

2.3 结果分析

由图6得出节点在电机运行时最大应力远低于材料屈服应力。由于设置位移约束为可移动0.01 mm, 因此由图3及图5可以得出侧壁的最大位移量约为0.013 mm, 分析计算得出剪切应力为88.75 MPa, 设置安全系数为[4]:

式 (2) 中S1为材料可靠性, 取值1.05;

S2为零件重要程度, 取值1.1;

S3为计算精确性, 取值1.2。

该结构满足机械强度, 侧壁设计合理。

而原结构的机壳结构获取的最大位移量为0.05 mm, 最大应力为360 MPa, 分析获取的结果与原结构相比应力与位移量明显下降, 重新设计的机壳结构明显降低了振动量, 提高了结构的可靠性。

3 结论

对该高压永磁同步电动机新机壳进行强度分析获取了机壳的应力与位移图, 通过实际测试使用, 发现该电机侧壁振动量明显下降, 为该电机的实际使用提供了足够的强度及使用寿命。新设计机壳结构合理, 强度满足工程需求。

摘要：某型号电机外购机壳在测试过程中发现侧壁振动量较大, 为保证该电机的实际使用效果及其寿命, 对结构进行重新设计, 并用Ansys对新结构进行强度分析, 以保证工程实际需要及其使用寿命。

关键词：电机,侧壁,优化设计

参考文献

[1]姜培林, 虞烈.电机不平衡磁拉力及其刚度的计算[J].大电机技术, 1998 (4) :32-34.

[2]陈世坤.电机设计[M].北京:机械工业出版社, 2011.

[3]仇宝云.大型立式轴流泵导轴承载荷分析计算[J].煤矿机电, 2006 (5) :92-93.

壳体设计 第2篇

采用ANSYS软件对脉冲发动机复合壳体进行了优化设计研究.用六节点三角形单元对复合壳体模型离散化;在临界压力载荷作用下,分别对两种材料层进行最大应力约束,以减少质量为目标,对复合壳体的`壁厚尺寸和过渡圆半径尺寸等设计变量进行了优化.利用表单工具,提出了两种材料复合结构整体一次性优化设计方法.计算结果表明,本优化设计方法可以减轻脉冲发动机复合壳体的总质量.

作 者：相升海 李世鹏 张中 张平XIANG Shenghai LI Shipeng ZHANG Zhong ZHANG Ping 作者单位：相升海,XIANG Shenghai(沈阳理工大学装备工程学院,沈阳,110168)

李世鹏,张平,LI Shipeng,ZHANG Ping(北京理工大学宇航科学技术学院,北京,100081)

张中,ZHANG Zhong(沈阳航天新光集团有限公司,沈阳,110043)

壳体设计 第3篇

【关键词】高压开关；工艺；设计

新东北电气集团高压开关有限公司主要生产110kV～1000kV高压、超高压、特高压封闭组合电器和敞开式断路器、隔离开关及发电机断路器。生产过程中涉及的主要工艺包括：铸造、电镀、壳体（罐体）焊接、表面涂装、机械加工（金工）、绝缘、装配等。为了保证产品质量，行业内大型国有企业在生产组织过程中基本都会掌控这些工艺，特别是绝缘、关键零部件的机械加工、罐体加工、表面涂装、装配等。如果配套或协作质量、效率难以满足要求的情况下，电镀也往往要企业自行完成。

一、壳体（罐体）制造厂房总体规划原则及条件

企业生产基地的壳体（罐体）制造建设规划首先要满足的是“生产”需要，包括各种必要的生产厂房及配套动力设施；其次是按生产流程、地块特征、自然气象条件布置建筑物，尽量做到功能分区合理，物流简捷通畅，同时满足建筑消防的设计要求。

新东北电气集团高压开关有限公司沈阳生产基地壳体（罐体）制造规划条件：1）地块地理位置及气象条件：沈阳地区，冬季主导风向是北风，夏季是南风。建筑物布置时，尽量考虑洁净生产布置在主导风向上风侧，有废气、废水的生产布置在下风侧。2）地块北侧西边部分与500kV变电站相邻，其周边杆塔、架空线密集，这一段院墙不便开门作为外界对内主要出入口。3）地块南侧与开发区5号路相邻，方便进出。4）壳体（罐体）制造厂房定位，基本符合“有废水、废气的生产布置在主导风向下风侧”的原则。5）根据公司“十一五”发展规划的产品纲领、生产规模，必需由公司承担完成的生产任务所需壳体（罐体）制造厂房占地面积估算如下：罐体（壳体）加工25000m2。其它生产厂房根据厂区整体规划情况考虑。

二、壳体（罐体）制造厂房总工艺设计

方案总体规划思路：物流从东向西，人流从南向北、向东、向西。生产关系密切、单独建设不利生产组织的厂房考虑为大型联合厂房，如涂装和罐体加工布置为一体。

人流：生产人員从厂区主入口进入后，流向各厂房辅助办公楼（包括壳体（罐体）制造厂房辅助办公楼）。辅助办公楼的设置考虑人员进出方便，且便于与厂区办公生活区联系。

物流：在壳体（罐体）制造厂房周围设置四条通道（15米宽），并有5米宽绿化带，通过各厂房大门的布置形成物流通道网。需要加工的原材料从厂区北侧、南侧物流大门进入，通过纵向通道及各种库房流向各加工工位；经过加工的零部件经过厂房内横向通道送达涂装，经过喷砂处理及清洗转入涂装工序，成品壳体（罐体）后输入中转库、配套库进入总装配厂房。

三、壳体（罐体）制造厂房及涂装厂房内工艺设计

3.1壳体（罐体）制造厂房所承担的任务及生产纲领

1）任务。壳体（罐体）制造厂房承担1000KV、750KV、ZF15-550、ZF6-330、ZF6-220、ZF6-110、LW56-550、LW54-252、LN6-18等产品的罐体备料、成型、焊接、检验、机械加工等工作和导体下料、机加、焊接、清理、打磨及涂装等工作。

2）生产纲领。壳体（罐体）制造厂房生产纲领为生产全公司年产各种规格GIS组合电器和罐式断路器2396间隔所需的焊接铝罐、焊接钢罐和导体。

3）产品特点。壳体（罐体）产品采用日立公司和ABB公司技术。壳体（罐体）产品材质为钢材、铝材、不锈钢材料。其中1000KV或750KV壳体（罐体）包括主母线罐、隔接组合罐、断路器罐、支撑罐、分母线罐、断路器罐等最大直径×壁厚（mm）为φ2100×22，最大长度（mm）为8000，单件重13.5t。

4）生产性质。壳体（罐体）制造厂房产品生产性质：焊接钢罐生产为大批量生产；焊接铝罐、导体为批量生产。

3.2设备选择

本项目购置镗铣加工中心、变极性等离子/TIG焊机等先进设备132台套，新增设备详见新增工艺设备明细表。其中为了满足百万伏壳体（罐体）生产线的需要，选用美国AMET变极性等离子/TIG焊机。公司引进HYOSUNG和AEPOWER公司的800kv及1000kv的GIS产品，其壳体（罐体）不仅体积大，而且铝制壳体（罐体）占有2/3以上的比例，其材料厚度达16mm-25mm，材质为5083-H112。根据公司整体的规划和目前的订货情况，预计该种罐体的生产量在每天3个左右，而原罐体分厂仅具备16mm厚的铝母线罐的生产能力，尚不具备生产合格的25mm铝制隔接组合罐体的能力。

3.3车间组成、人员及工艺布置

1）车间组成、人员。车间由导体工段、下料工段、钢罐工段、铝罐工段、铆焊工段、金工工段、检验工段、技术室、调度室、办公室组成，其中：下料工段、钢罐工段、铝罐工段、铆焊工段罐体分厂及金工工段共计528人、检验工段28人、技术室21人、调度室10人、办公室7人。

2）工艺布置。壳体（罐体）制造车间与涂装工段共用一幢联合厂房，壳体（罐体）制造车间厂房在联合厂房西侧的由北至南七联跨厂房，最西侧为三层东西朝向的生活间，生产厂房由北至南将导体生产区、下料生产区、铝罐生产区、钢罐生产区、焊接生产区、金工生产区、罐体存放区分别布置在各跨内。

四、厂房工艺设计意义

工艺设计对于全新的生产基地是非常重要的。合理、可行、优化的规划方案是生产基地高效率运转的基础。方案要达到这种效果需要前期做大量的、充分的分析、研究、考察、决策工作。为了很好的实现企业发展规划目标，作到行业一流水平，不仅需在厂房建设、总体工艺规划方面做很多工作，在工艺设备配套及选择上也需要进行多方考察，选择使用先进、实用、成熟的工艺设备和技术，才有可能实现预期的目标。

参考文献

[1]刘志才.厂房工艺刚架边柱的稳定性分析[J].江苏建筑，2000（01）

节气门壳体的优化设计 第4篇

节气门是调节发动机进气量的控制器, 节气门的作用是控制发动机的进气流量, 决定发动机的运行工况。驾驶员通过操作加速踏板来操纵节气门开度。节气门体虽然是一个小的配件, 确实汽车发动机中关键的配件。本文为提高加工装配效率, 降低产品成本, 提出了一些节气门的壳体部件的优化设计方案 (图1) 。

2 节气门体进气特性和计算

2.1 进气特性 (图2)

当节气门处于关闭状态时, 进气腔不通, 发动机不进气, 也不工作。随着节气门逐渐开大, 进气通道面积达到最大。可见发动机的进气量, 随着节气门、开度的变化而得到调节, 就调节了汽油机的输出功率。在节气门开启过程中, 通道面积和节气门开启角度之间为非线性关系, 可以看出, 开启角度达到一定大气量时, 再增大节气门开启角度, 功率将不再明显增大, 只有当混合气体被加浓时, 功率才增大, 如此损失燃油经济性。

2.2 进气计算

由于空气绕节气门流动的实际情况比较复杂, 可以将流动简化为由大流通截面到小流通截面的节流流动来研究。当节气门位于某一确定开启角度时, 它就是一台普通的节流式流量计, 计算流经节气门的空气流量时, 可以应用压差式节流流量计的基本方程。假设可压缩气体绕节气门的流动为绝热过程, 当空气流速为亚音速时, 流量方程为:

式中:qm系数;C流出系数;Amin最小流通面积;m质量比;ρ1来流密度;△P节流前后压差。

3 节气门壳体的优化设计

在某型新品节气门体的设计中, 以及老型号产品降成本改型工作, 对节气门的壳体等部件做了一些新的改进, 使产品成本降低, 加工装配效率提高。

3.1 调节螺钉改进。

改进原因:传统的调节螺钉安装方法为在壳体上压螺套, 再在螺套上安装调节螺钉, 这种方法优点是调节螺钉安装位置可靠, 螺套上的螺纹相对与铝壳体上直接攻螺纹更加紧固, 但在产品的设计过程中, 常常由于设计空间的不足而存在安装螺套的位置不足, 这样便存在着压裂的风险。那么有没有一种方法能让螺钉直接安装在壳体上, 而同时能保证它的工作强度的需求, 这样不但节省空间、降低了成本, 而且简化了工序。改进方案:在参考许多外购样机和查找许多资料后确定三棱螺钉为可行方案, 三棱螺钉有一定的过盈量, 与壳体直接配合, 能使配合更紧密牢固, 而只在三个棱处过盈, 方便安装, 加上预涂胶可以更有效的起到固定的作用。确定方案后, 首先从外购样机上取下三棱螺钉, 在我厂壳体上攻螺纹, 做配合试验。同时向螺钉厂家询问了三棱螺钉相关的技术资料, 挑选适合我厂所需的规格型号。改进结果:现在该三棱调节螺钉以应用在新产品, 已通过试验。该状态定型后会在其他型号上推广使用。

3.2 取消安装孔安装平面机械加工。

改进原因:在我厂以前壳体的加工中, 在副通道的外沿与壳体安装定位钉的部分, 由于铸件成模的原因, 还需要补充加工φ16的打钉空间如图3所示。改进方案:在新产品的设计过程中, 通过与竞争对手样机对比及相关资料查询, 铸造厂家交流, 确定这种状态可以直接铸出, 但受到拔模的限制, 因为在壳体主通道外缘有一环形棱, 所以不能垂直拔模, 而同样水平方向也受到限制, 最后决定在安装孔上部壳体部分补平, 并在拔模时在安装孔上部加一块小的滑块, 小滑块向上拔模, 可实现这种状态, 见图4圆圈区域。改进结果:在经实践确定后, 最终实现了直接出模。这样节省了一道加工工序, 提高了加工效率。之后这种状态也应用在了老型号产品降成本改型中。另外, 在设计过程中也去掉壳体两处不必要的加工位置, 节约了成本, 提高加工效率。

3.3 壳体减重改型。

改进原因:由于受到外部市场影响, 我厂民品需要大幅度降成本工作, 节气门也承担了很大的降成本指标, 壳体减重是降成本工作中一大重点。一个节气门铝壳体的重量大概在300g-400g, 而铝料的价格也在涨价, 在保证其性能和功能的前提下, 给壳体减重可以节约很大成本, 而且使其外形显得不那么厚重, 最多的减轻了90多克。改进方案:主要在节气门壳体的三处做了减重设计, 如图5所标出的1、2, 以及壳体底部减重孔的加大。图6为减重前对比图, 1处平面为壳体与怠速调节器配合部位, 两处减重涡的造型保证了其配合要求, 又实现了减重效果。改进结果:已经把这几点减重方案施用在新品及老型号产品的壳体减重中

4 结论

节气门体的设计还存在着许多需要改进的地方, 会随着市场的需求不断改进。节气门体虽然是一个小的配件, 确实汽车发动机中关键的配件, 它的设计、制造, 加工和装配也包含机械各个方面的知识。在今后的工作中吸收更多竞争厂家的有点, 摒除自身不足, 将节气门体不断优化。

摘要：通过介绍节气门体在发动机中起的作用, 节气门体的工作原理和一些特性, 在工艺性和结构等方面提出了改进措施。

关键词：发动机,节气门体,优化设计

参考文献

[1]王华侨.结构有限元分析中的网格划分技术及其应用实例CAD/CAM与制造业信息化, 2005, 1:42-47.

[2]机械设计实用手册编委会.机械设计实用手册[M].北京:化学工业出版社, 2003.

[3]濮良贵.纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社, 2001.

[4]朱龙根.简明机械零件设计手册 (第二版) [M].北京:机械工业出版社, 2005.

纤维缠绕壳体内绝热层材料研究 第5篇

纤维缠绕壳体内绝热层材料研究

采用三种配方制作内绝热层,通过正交试验研究、内绝热层制作研究及水压暴破试验等成功研制出一种新型的`纤维缠绕壳体内绝热层.这种三配方纤维缠绕壳体内绝热层与一种配方的纤维缠绕壳体内绝热层相比,内绝热层质量减轻,成本降低,且提高了整体火箭发动机质量比和可靠性.

作 者：杨恒 Yang Heng  作者单位：中国三江航天集团江北机械厂,孝感,432100 刊 名：航天制造技术 英文刊名：AEROSPACE MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(3) 分类号：V4 关键词：配方   内绝热层   纤维缠绕壳体  

壳体设计 第6篇

【关键词】转阀式液压助力转向器；转向器壳体；加工方式

一、概述

转阀式液压助力式转向器总成，转阀的内部结构即阀芯与阀套的位置关系。当汽车直线行驶时，来自液压助力泵的液压油经阀芯与阀套间的间隙，进入转向器油缸两端，转向器油缸两端的油压相等。驾驶员转动方向盘时，阀芯与阀套的相对位置发生改变，使液压助力泵的液压油流入转向器油缸的某一端，而另一端与回油管路接通，转向器油缸促使汽车左转或右转，从而起到了转向助力的作用。当驾驶员放松转向时，阀芯回到中间位置，失去了助力作用，此时转向轮在回正力矩的作用下自动回位。一旦液压助力装置失效，该液压助力转向器即变成机械转向器。此时转动转向盘，会通过转向柱带动阀芯转动，阀芯下端边缘有弧形缺口，转动一定角度后，带动小齿轮转动，再通过齿条传给左右横拉杆，即可实现汽车转向功能。

二、转向器壳体在转向器总成中的作用：

齿轮齿条式转向器壳体（见图1），安装孔螺纹是壳体与转阀连接的安装孔，保证阀体内的齿轮与壳体内的齿条啮合，在受轴向力（前桥载荷1300Kg～1500Kg）时能够使车辆正常行驶。

三、转向器壳体的加工方式

1、原加工转向器壳体的方式：加工转向器壳体的工序为：钻孔-倒角-攻丝3个工序，钻孔、倒角使用设备是台钻，攻丝使用设备是攻丝机，刀具选用直柄麻花钻头，不同品种的壳体更换不同的壳体夹具进行加工。2、新设计转向器壳体多工位钻孔攻丝数控专机的加工方式：①合并转向器壳体加工工序、优化工艺：将转向器壳体加工的多道工序合并在同一台专机中加工。②适应多种产品、不同尺寸的转向器壳体在钻孔攻丝数控专机上加工。③采用多工位组合气动夹具设计，降低操作者劳动强度④设计专机夹具有快换功能，保证转向器壳体加工生产节拍，达到转向器壳体加工“一个流”的生产模式。⑤采用复合刀具加工保证加工精度，钻孔、倒角一次加工完成。

四、转向器壳体钻孔攻丝数控专机设计

（见图2）1.数控专机设计理念：满足上述设计转向器壳体钻孔攻丝数控专机目的五点要求外，还要满足公司的最大产量需求。的夹具底座，按多品种快换的原则，在夹具的底座固定时满足多品种夹具快换要求，夹具底座的底面用4个平键将夹具底座与专机的工作平台固定连接，工作平台上面中间键槽为夹具体定位键槽。（2）夹具设计（图3）：夹具体与底座定位连接方式：用2个平键将夹具体与底座X方向定位，在底座上端面用固定挡块在夹具体右端面做Y方向定位，再用T型螺栓穿过底座T型槽和夹具体开口，将夹具体压紧在底座上。

设计思路是利用两个动力头可分别加工5个壳体即钻10个螺纹基孔和攻10个螺纹，产能按一天按8小时计算，一台专机可加工壳体钻孔、攻丝480件/天，生产节拍为每件壳体钻孔、攻丝时间为60秒。循环加工工序：钻孔攻丝分序加工：滑台快进—X轴及Y轴快进（同时启动）--Z1轴快进—工进--快退—停止。再启动攻丝动力头Z2轴快进—工进--快退—停止，完成一个加工循环。2.专机总体布置。夹具：多工位气动夹紧； 刀具：硬质合金复合钻、直柄机用丝锥、滚珠丝杠滑台、单伺服钻削动力头、双伺服攻丝动力头等。数控系统：铣削数控装置（1主轴+4进给轴）3.夹具设计：⑴定位方式：用转向器壳体横孔和端面及油缸端外圆定位，满足六点定位原则。⑵夹紧方法：用串联方法将五个气动转角缸的压板同时夹紧五个转向器壳体的外圆。4.夹具底座及夹具体设计。（1）夹具底座设计：根据不同产品使用通用（3）夹具更换：将压在夹具底板螺母松开移出T型螺栓取下夹具后，再将所要加工产品夹具按上述安装方法进行，即可实现快速更换夹具。

五、结束语

现在企业用工难（费用）问题是困扰企业发展生存的大事，把劳动强度大、操作相对复杂的手工加工工艺逐渐变成用最简单的加工方法（如通用或专用设备）代替手工加工，能为企业解决用工创造方便条件。

参考文献

[1]机械设计手册1-5（第三版）.主编 成大先.化工工业出版社1994年4月第5篇第3—191页 第22篇第22—69页

[2]金属切削原理与刀具.主编 路剑中，孙家宁.机械工业出版社，1986年12月第七章 第170-193页

[3]机械原理.主编 张世民.中央电大出版社 1983年10月 第十章 第29-42页

[4]机床夹具设计手册.主编 王光斗，王福春.上海科技出版社，2000年11月第一章 第5-27页 第五章 第123-175页

[5]机床加工工艺装备设计手册.主编 陈心昭.机械工业出版社，1998年 第三章 第432-690页

作者简介

过滤器壳体的优化设计 第7篇

式中,ΔPk为过滤器空壳压降,Pa;λi为空壳沿程阻力系数;Li为每段沿程长度,m;Ai为空壳沿程通油面积,m2;Aj为某局部变化后的面积,m2;λi为某局部阻力系数;di为每段沿程的水力直径,m。

由公式(1)可知,壳体的压降与沿程的通油面积、某局部变化后的面积、某局部阻力系数等因素有关。在图1 中,根据液体的流动方向可知,B处的阻力比较大。

1 下壳体强度受力分析

过滤器一般由上下壳体构成,而承受压力则主要是下壳体。下壳体的受力简图如图2所示。

1)下壳体的底部厚度[1]:

式中,Pe为额定工作压力,15MPa;t1为下壳体底厚,5mm;D为下壳体底部内径,20mm;nb为安全系数,一般取1.8;δb为材料的强度极限,70MPa。

2)切点A处的边缘力:

式中,F0为A处边缘力,MPa;r1为下壳体内圆半径,mm。

3)切点A产生的应力:

式中,σ1为A处表面的轴向应力,MPa;σ2为A处表面的周向应力,MPa;t2为底厚A处壁厚,6mm;μ1为泊松比。

边缘力在A处产生的最大轴向应力为:

式中,σ2max为最大圆周应力,MPa;R3为底部壁厚的中径半径,25mm;β0为修正系数,1/mm。

可按下式计算:

4)内部压力产生的主应力:

式中,σ1′为轴向应力,MPa;σ2′为周向应力,MPa;σ3′为径向应力,MPa;Kb为外半径与内半径之比。

5)内部压力产生的切应力:

式中,τmax为最大切应力,MPa。

合成应力:

式中,σx为周向合成应力,MPa;σy为轴向合成应力,MPa;τxy为合成切应力,MPa。

总应力:

强度校核:

式中,[nb] 为许用安全系数,一般取1.8。

代入数据,,满足设计要求。

2 下壳体强度受力仿真

根据液压过滤器壳体、安装位置和工作环境,为提高其可靠性,运用Solid Works软件对其结构强度进行力学仿真分析。从仿真结果可以知道,最小安全系数为1.3,与计算结果有差别。通过分析发现,最大应力点在O型圈的安装槽处,也就是图2 中t3处。此处壁厚较薄,应力比较大。

3 下壳体结构改进和受力仿真

根据出现的问题做如下改进:1)改变密封圈的位置,避开薄弱点。2)增大上下壳体的间隙和对下壳体倒角,减少流阻。由仿真结果可以发现,下壳体的安全系数为2,满足设计要求。

4 流阻的实验校验

对流阻进行实验校验,所用的实验介质为15号液压油,室温20℃。得到的实验结果如表1所示。壳体的设计流量17L·min-1,流阻小于50k Pa。由实验数据可以看出,该壳体的流阻完全可以满足实验要求。

1. 开关 2. 过滤器 3. 压力表 4. 被试过滤器壳体 5. 压力表 6. 开关 7. 流量计

3 结语

该过滤器壳体的优化设计,从某种意义上说,能够改变人们的传统思维方式,使产品能够快速响应市场,缩短产品开发周期。再者,合理设计壳体的结构,能够降低产品成本,为企业创造出更大的价值。

摘要：根据过滤器壳体的工作原理,运用力学理论,通过建立模型,对过滤器壳体进行受力分析,并用Solid Works软件进行模拟分析,解决如何在保证壳体强度的前提下,减少壳体的质量和流阻,可为过滤器壳体的设计提供一定的理论依据。

关键词：过滤器,壳体,力学分析

参考文献

[1]戴天翼.过滤器设计、制造、使用[M].北京:化学工业出版社,2009.

[2]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2001.

分壳体车削夹具的设计及其加工 第8篇

技术要求:

(1) Φ66±0.05内表面粗糙度为Ra0.8; (2) 保证图面的同轴度要求及表面粗糙度要求; (3) 其余未加工; (4) 避免表面及已加工面氧化。

分壳体是一来料加工产品, 是由压铸模一次压成形的压铸铝合金件, 由于铝压模压铸出的毛坯件余量均匀, 表面质量好, 同心度也较高;外形为不规则的薄壁件;由客户提供的工艺图样及毛坯。

毛坏尺寸如下所示:

厚度35毫米, 孔径尺寸有三个Φ72.3、Φ68.5和Φ66.5的内孔尺寸, 长75宽73的不规则的毛坯件, 内圆柱直径尺寸为Φ16毫米深为31毫米。

1 难度分析及工艺流程分析

从零件图样要求及材料来看:

(1) 属薄壁类壳体零件, 其形状较复杂; (2) 加工时必须要注意, 夹紧力适当, 否则将变形;产生形状误差, 夹紧力不足会飞出伤及设备及操作者; (3) 表面为毛坯面定位精度低, 加工时容易出现同轴度误差及基准不重合误差。

根据以上情况及其批量要求情况, 设计一款专用夹具。工件图样如下图所示, 材料为压铸铝合金, 硬度不高, 并且批量较大, 因此既要考虑如何保证工件在加工时的定位精度, 又要考虑装夹方便、可靠、并且不能损伤表面, 因此关键是解决零件的定位装夹问题。

根据零件图样, 经过工艺分析后, 制定出以下加工工艺流程:

(1) 来料检验; (2) 车床、数控车床都可以利用夹具进行加工车削内孔及内圆柱面; (3) 首件检验, 抽检, 发现问题全检;出货检验等。 (4) 数控车床加工端面切削速度为2000转/分, 进给速度为0.06毫米/转, 保证长度度方向尺寸26毫米; (5) 数控车床车镗内孔Φ71.8+0.05/0、Φ68+0.22/+0.02和Φ66±0.05, 保证同轴度为Φ0.02, 基准是Φ66±0.05内孔, 表面糙度为Ra0.8μm, 并保证深度尺寸3±0.05、9±0.05、23±0.05等6个尺寸。 (6) 数控车床车内圆柱面直径Φ15.50/-0.05、Φ190/-0.1, 保证轴向尺寸17.8±0.05、30±0.05等4个尺寸;表面粗糙度为Ra3.2μm。

从上述工艺流程来看, 在第4道工序、第5步工序和第六道工序, 加工时都无法用一般的三爪卡盘及四爪卡盘直接进行装夹加工, 更无法达到加工要求。再加上是薄壁型壳体零件, 刚性不足, 车削受力不能太大, 因此受力点选择在R6.5毫米的圆弧表面上或Φ73毫米的圆周上, 否则会造成形状误差, 造成三个内表面的同轴度误差, 再加上外表面是毛坯面, 难免有余量不均匀的现象。在第6道工序加工时, 也无法用三爪卡盘及四爪卡盘进行装夹, 而内表面及端面不允许划伤, 不可以再装夹了, 就算可以装夹也会因为刚性不足的原因造成内孔和端表面达不到粗糙度要求, 和同轴度要求;并将产生定位及装夹误差;累积起来根本达不到车削加工的精度要求;因此在这三道加工工序中必须考虑如何装夹定位的问题。

2 夹具设计

如何保证零件定位准确、装夹方便和夹紧可靠呢?根据运动学可知, 刚体在空间的任何运动都可看成是相对于三个互相垂直的坐标平面, 共有六种运动的合成。这六种运动的可能性称为六个自由度。如果使工件在空间处于相对固定不变的位置, 就必须限制六个自由度。限制的方法是:用相当于六个支承点的定位元件与工件定位基准面接触来限制。工件的主要定位基准面要遵循的定位原则是, 主要定位基准面要承受较大的力, 如夹紧力和切削力等;同时工件定位的稳定性也主要取决于此。选作主要定位面的表面应力求其面积应尽可能的大, 以利于提高定位精度, 增加定位稳定性。

我根据工艺流程的分析经过一番考虑, 决定该工件采用一个外圆柱面和一个端面的定位方案, 因一面是R6.5毫米的圆柱面, 其特点是, 厚度相对于其他位置较大, 装夹时可以承受相对较大的夹紧力的作用, 使定位稳定装夹可靠并能够承受较大的切削力。从而保证其加工精度。端面则利用了轴向定位的方法, 圆弧为R6.5毫米的四个在同一平面内的端面;定位具有支承面大, 支承刚度好, 定位精度高, 装卸工件方便等优点, 夹具体平面为第一定位基准, 限制了工件的三个自由度;四个半径为R6.5毫米外圆弧面作为第二定位基准, 限制了工件的三个自由度;根据六点定位原理, 在实际中我设计了如下所示夹具。

对 (图1) 夹具结构说明:

1、件5为夹具联接螺栓, 标准件2-M 6 X 1 5 m m;

2、件5为4个紧固螺钉, 标准件M8X20;

硬回收记录器壳体的设计及仿真 第9篇

关键词：硬回收,ANSYS仿真,壳体,记录器

0 引言

安装在战训弹发弹头上的用于存储弹头飞行参数的记录器通常是以硬回收的方式来收回的[1]。在弹头抛洒完成后,记录器会随着弹头残骸一起落地。本文设计的记录器在应用环境的下落速度不低于550 m/s,其过载会达到3105g～5105g[2]。在如此高的过载下,要保证记录器完好的回收、从中读到有效的实验数据是比较困难的,这就需要保护记录器的壳体必须具有很高的强度。所以不但要精心设计壳体的外形,而且要从壳体材料的选择、热处理工艺及装配等各个细节进行仔细的考虑,以求所做的每一个细节都能达到提高壳体抗高过载能力的目的。

1 壳体材料的选择及热处理工艺

1.1 壳体材料的选择

壳体材料选择的优劣对整个记录器壳体的性能影响至关重要。在查阅了大量资料,了解了多种钢材的性能后,列举了其中几种钢材的力学性能参数,见表1[3]。

由表1可知,35CrMnSiA的强度是以上材料中最高的,韧性虽然低一些,但相差并不多。所以本文选用了35CrMnSiA作为壳体的主要材料。

1.2 热处理工艺

35CrMnSiA的强度虽然很高,但是想要抗高过载的冲击,必须还要对加工后的壳体进行热处理使其具有一定的硬度才行。硬度低了,壳体不能有效地保护记录器;硬度高了,相应的壳体结构就会变脆、易断裂。本文选用的热处理工艺流程是:首先 950℃第一次淬火,然后890℃第二次淬火,之后油冷却,淬火完成后进行230℃回火处理 ,最后油冷或空冷完成热处理[4]。热处理后壳体的硬度可达到50HRC,既使壳体具有较高的硬度又保证了一定的韧性。

2 记录器壳体的结构设计及装配

记录器由接口电路和存储电路两部分组成,需要回收的是存储电路部分,所以整个记录器壳体主要保护的是存储电路部分。记录器壳体由钢壳、存储电路壳体、大螺纹结构、钢壳的顶盖、安装盖、外钢筒等部分组成,它们都是柱状结构,其壳体结构装配剖面图如图1所示。下面对部分零件进行一下简单的介绍。

(1)钢壳是记录器壳体的主要部分,它保护了存储电路壳体的底面和侧面,承受了大部分的过载冲击。

(2)大螺纹结构与钢壳之间用螺纹连接,它保护了存储电路壳体的顶面。大螺纹结构上开了一个走线孔和两个工装孔,走线孔是接口电路与存储电路导线连接的通道,工装孔方便了大螺纹结构的安装。

(3)安装盖使记录器壳体与弹头连接在一起,还起到了固定外钢筒的作用。

(4)外钢筒主要起固定外钢筒与钢壳之间隔热缓冲材料的作用。

装配记录器时,存储电路壳体与钢壳之间、外钢筒与钢壳之间、安装盖与钢壳的顶盖之间都要垫上隔热缓冲材料。隔热缓冲材料不但能够起到一定的缓冲作用,还有很好的隔热效果,起到保护电路的作用。

1安装盖;2隔热缓冲材料;3外钢筒;4钢壳;5钢壳盖;6大螺纹结构;7存储器壳体;8外钢筒底盖

3 记录器壳体的仿真

本文用ANSYS软件对壳体结构以550 m/s的初速度侵彻混凝土靶的情况进行仿真。图2是钢壳的存储电路壳体腔高度的变化曲线。由图2可见存储电路壳体腔高度最小值为4.906 4 cm,比初始值减小了0.093 6 cm,即1.872%。2.5 ms以后,其值逐渐稳定在4.96 cm左右,比初始值减小了0.04 cm,即0.8%。

图3是壳体穿出靶体时的应力云图,可以看到虽然壳体底部有些毁坏,但整个壳体并没有大的变形。

4 结束语

仿真结果和实际的靶场实验证明该壳体结构在高过载条件下外形尺寸变化不大,能够对记录器形成较有效的保护。本文设计的记录器壳体对于同样是在高过载条件下记录设备外壳的结构改进、材料的选取等方面都有一定的指导意义和参考价值,具有较强的实际应用背景。

参考文献

[1]赵良,田恒春.硬回收装置的设计探讨[J].弹箭与制导学报,2005,25(4):294-297.

[2]王晓丽,任勇峰.防护壳撞击装甲钢过程的仿真[J].微计算机信息,2007,23(2-1):241-242.

[3]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2008.

浅海水下机器人耐压壳体的优化设计 第10篇

水下机器人的耐压壳体用来装置电子元器件和检测装置, 耐压壳体形状常采用重量与排水量比值较小的球形和圆柱形, 对于对浅海水下机器人的耐压壳体一般选择薄壁圆柱形壳体。

1 理论分析

对于耐压壳体等薄壁圆柱壳体, 其失效形式主要有强度破坏和失稳破坏两种。强度破坏是指耐压壳体的某些受力点达到屈服状态, 产生塑性变形而导致结构破坏。失稳破坏是指耐压壳体内部应力在未达到材料的强度极限的情况下, 产生较大的变形而使结构降低承载能力, 甚至发生破坏[1], 本文着重考虑长圆柱耐压壳体的情况。

长圆柱壳体可以忽略两端边界对稳定性的影响, 其失效形式为外压壳体失稳。长圆柱壳体临界压力计算, 工程上采用著名的Bresse公式[2]:

其中:Pcr为壳体接近破坏时的临界压力 (MPa) ;E为壳体材料的弹性模量 (MPa) ;μ为壳体材料的泊松比;T为壳体的壁厚 (mm) ;D为壳体的平均值直径 (mm) ;L为壳体的长度 (mm) 。

2 数学建模

2.1 优化模型

本文对对耐压壳体重量与排水量比进行优化, 这种优化问题的数学模型一般表达式写成

(1) 确定设计变量。图1为耐压壳体结构示意图, 在本文中, 圆柱耐压壳体的长度L为定值。圆柱耐压壳体的设计变量共2个, 分别为圆柱耐压壳体的壁厚T和圆柱耐压壳体的中面直径D。

(2) 确定目标函数。本文以耐压壳体重量与排水量比为优化问题的目标函数。

其中:W为圆柱壳体的重量;D为耐压壳的排水量;ω为耐压壳体重量与排水量比值;ρ为圆柱壳体材料密度;ρw为海水密度;圆柱耐压壳体的中面直径D;圆柱耐压壳体的壁厚T;圆柱耐压壳体的长度L。

(3) 确定约束函数。圆柱耐压壳体的结构优化问题的约束函数为以下两个条件:

其中, Pcr为耐压壳体的临界强度, PW为ROV的工作深处静水压力, SA为安全系数。

2.3 数学模型求解

耐压壳体的长度限定, 所以耐压壳体的优化设计为典型的二维变量非线性约束的优化问题, MATLAB优化工具箱可以方便解决此类问题。

3 实例分析

假设水下机器人工作深度范围为100m~1500m, 圆柱壳体长度L=800mm。研究三种不同材料的耐压壳体的结构, 三种材料分别为:某种铝合金, 某种钛合金和某种合金钢。

本文中设计的耐压壳体安装在ROV的浮力材料中, 与设计的浮力材料的尺寸相关。可以得到估计相应的取值范围, 圆柱耐压壳体的壁厚T, 取值范围4~10mm, 圆柱耐压壳体的中面直径D, 取值范围160~180 mm。

设圆柱壳体为长圆柱壳体。Pcr可以根据式 (1) 进行计算。运用matlab优化工具箱来求解约束非线性规划问题。不同材料的计算结果, 见图2、图3、图4和图5。

图2给出了三种不同材料的耐压壳体不同工作深度的最优壁厚, 从图上可以看出, 工作深度500米及以上, 耐压壳体的壁厚基本上与工作深度成线性关系 (起始点除外, 由于设计尺寸的限制) , 材料的密度越小, 随着工作深度的不断增加, 壁厚增加幅度越大。反之, 增加越平缓。

图3给出了给出了三种不同材料的耐压壳体不同工作深度的最优的中面直径, 由于受到设计尺寸的限制, 起始的耐压壳体的中面直径很大, 随着工作深度的不断增加, 中面直径恢复平缓上升。对于合金钢, 弹性模量和密度大, 随着工作深度增加, 中面直径几乎保持不变;对于铝合金, 弹性模量和密度小, 随着工作深度增加, 工作深处静水压力不断增加, 壁厚和直径比不断变大, 中面直径变化量大于壁厚的变化量;对于钛合金, 介于两者之间。

图4给出了三种不同材料的耐压壳体不同工作深度的最优结构的重量, 从图上可以看出, 工作深度500米及以上, 耐压壳体的重量基本上与工作深度成线性关系 (起始点除外, 由于设计尺寸的限制) , 材料的密度越小, 随着工作深度的不断增加, 增加幅度越大。反之, 增加幅度越小。

图5给出了三种不同材料的耐压壳体不同工作深度的最优结构重量与排水量之比, 铝合金的重量与排水量之比最小, 合金钢金的重量与排水量之比最大, 钛合金介于两者之间。在相同工作深度下, 铝合金耐压壳体的重量与排水量之比最小, 承载能力最强。

4 结论

本文讨论了等薄壁圆柱耐压壳体的三种不同形式的失效形式, 然后对耐压壳体重量与排水量比为优化问题的进行了研究, 深入细致地讨论了三种不同材料的耐压壳体, 在不同工作深度 (100~1500m) 情况下的理论上的最优结构, 耐压壳体的结构与材料的密度和弹性模量有着密切的关系。随着ROV工作深度的不断增加, 耐压壳体的结构尺寸不断变化。根据ROV的工作深度和结构尺寸, 来选择耐压壳体的材料, 以此来设计出耐压壳体的最优结构。

摘要：浅海水下机器人的耐压壳体是水下机器人的重要部件之一。本文在对水下机器人的耐压壳体的失效形式进行理论分析基础上, 提出优化设计的数学模型。借助MATLAB优化工具对耐压壳体进行优化设计。

关键词：水下机器人,耐压壳体,优化设计

参考文献

[1]程浩.基于MATLAB和Creo的浮标耐压壳体设计[J].制造业自动化, 2013 (20) :127-129.

壳体设计 第11篇

【关键词】甲醇合成塔；焊缝缺陷；修复

金属作为最常用的工程结构材料，往往要求具有如高温强度、低温韧性、耐腐蚀性以及其他一些基本性能，并且要求在焊接之后仍然能够保持这些基本性能。焊接过程的特点主要是温度高、温差大，偏析现象很突出，金相组织差别比较大。因此，在焊接过程中往往会产生各种不同类形的焊接缺陷而遗留在焊缝中。如裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣以及夹钨等。从而降低了焊缝的强度性能，给安全生产带来很大的不利。但是，不论什么样的缺陷，它在形成的过程中都具有特定的形成机理和规律，只要掌握其形成的基本特点，就会对我们在生产中制定焊接工艺措施，防止缺陷的产生起到很好的作用。下文将对焊缝中常见的缺陷的形成及其危害性进行分析，并提出防止措施。

1.裂纹产生的原因分析

根据日常所发现的裂纹缺陷分析，产生裂纹的主要因素是焊接工艺不合理、选用材料不当、焊接应力过大以及焊接环境条件差造成焊后冷却太快等。焊缝裂纹一般分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹是在焊接过程中形成的，因此，大部分都产生在焊缝的填充部位以及熔合线部位，并埋藏于焊缝中；冷裂纹也叫延时裂纹，一般都是在焊缝冷却过程中由于应力的影响而产生，有时还随着焊缝的组织的变化首先在焊缝内部形成组织晶界裂纹，经过一段时间之后才形成宏观裂纹，这类裂纹一般形成于焊缝的热影响区以及焊缝的表面。裂纹是焊缝中危害性最大的一种缺陷，它属于条面对面状缺陷，在常温下会导致焊缝的抗拉强度降低，并随着裂纹所占截面积的增加而引起抗拉强度大幅度下降。另外，裂纹的尖端是一个尖锐的缺口，应力集中很大，它会促使构件在低应力下扩展破坏。所以在焊缝中裂纹是一种不允许存在的缺陷。

2.防止裂纹产生的措施

首先是针对构件焊接情况选取合理的焊接工艺，如焊接方法、线能量、焊接速度、焊前预热、焊接顺序等。这是防止焊缝裂纹产生的最基本的措施。当在结构条件一定的情况下，合理的工艺不仅会影响和改善接头的应力状态，而且也会影响焊缝的化学成分，还可以改变杂质的偏析程度，对防止裂纹的形成都有很大的好处。其次是焊接材料的选择要正确。其三是考虑焊接环境条件以及热处理工艺等。因此，在实际生产过程中应根据实际情况综合考虑各种工艺因素所带来的影响。

热裂纹的产生及处理。

热裂纹是指高温下所产生的裂纹又称高温裂纹或结晶裂纹。通常产生在焊缝内部，有时也可能出现在热影响区。表现形式有纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹弧坑裂纹和热影响区裂纹。其产生原因是由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象，低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层形式存在从而形成偏析。凝固以后强度也较低。当焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂纹。此外，如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质，当焊接拉应力足够大时也会被拉开。总之，热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果。

针对其产生原因，其预防措施如下（1）限制母材及焊接材料（包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体）中易偏析元素和有害杂质的含量，特别应控制硫、磷的含量和降低含碳。一般用于焊接的钢材中硫的含量不应大于0.045%；磷的含量不应大于0.055%；另外钢材含碳量越离，焊接性能越差，一般焊缝中碳的含量控制在0.10%以下时热裂纹敏感性可大大降低。（2）调整焊缝金属的化学成分改善焊缝组织细化焊缝品粒以提高其塑性减少或分散偏析程度控制低熔点共品的有害影响。（3）采用碱性焊条或焊剂以降低焊缝中的杂质含摄改善结晶时的偏析程度。（4）适当提高焊缝的形状系数采用多层多道焊接方法避免中心线偏析可防止中心线裂纹。（5）采用合理的焊接顺序和方向，采用较小的焊接线能超，整体预热和锤击法收弧时填满弧坑等工艺措施。

3.焊缝内部缺陷的修复

3.1科学确定要进行修复的位置，切忌盲目规划

要认真核对超标缺陷的性质、长度、位置是否与容器上要返修的位置相符，防止因位置不准而造成不必要的返修。返修部位要在容器内外侧划出明显的标记。采用碳弧气刨清除缺陷，在气刨过程中要注意观察缺陷是否刨掉。如发现缺陷已经刨掉，应停止气刨。如没有发现缺陷，可继续气刨，但深度不得超过2/3容器板厚度。如超过板厚2/3处仍有缺陷，则应先在该状况下使用砂轮机打磨，然后在其背面再次清除缺陷，并重新打磨补焊，气刨工必须了解所刨缺陷的具体情况。气刨的深度以刨出缺陷为准，气刨长度不得小于50mm，气刨的刨槽两端过渡要平缓，以利于多层焊接时的端部质量。气刨后经打磨、表面渗透探伤合格后方可焊接。

3.2严格控制施工环境与施工条件

参与修复施焊的焊工必须持有国家技术质量监督部门颁发的焊工合格证，在有效期间担任合格项目范围内的焊接工作。施焊者将其钢印刻在焊道两侧。施焊前应将磨槽表面和两侧至少20mm范围内的油污、铁锈水分及其他有害杂质清除干净。焊接前必须进行预热，并设专人负责管理，焊件的预热是在焊接侧的背面，首先在预热区一侧使用氧气-乙炔气焊预热，要求位置必须准确。预热温度为125-140℃。层间温度亦控制在100～150℃范围内。焊接预热时，预热范围以焊补部位为中心，在半径为150mm的范围内，并取较高的预热温度。根据合格的焊接工艺评定制定焊接工艺卡，严格按工艺卡规定的焊接工艺参数进行焊接。工艺记录员要及时准确的测量记录焊接工艺参数，使所有实际焊接参数符合工艺文件之规定。修补的焊层必须在两层以上，严格控制焊接线能量，且不应在其下限值附近焊接短焊道，接近上限时不得多层连续焊接。焊接时采用短弧焊，不宜摆动。

焊补长度应大于50mm。焊缝同一部位的焊补次数不超过两次，如超过两次必须提出返修技术措施，经公司技术总负责人批准后，方可进行。 焊接修补后，使用气焊立即进行后热消氢处理，后热温度为200～230℃，并用保温棉覆盖修补部位内外两侧，保温时间0.5小时。同一部位的返修次数不得超过两次，如超过两次，必须编制超次返修方案及措施，焊补前应经公司技术总负责人批准。焊补次数、部位和焊补情况应记入容器质量证明书。焊缝返修时，焊缝的内外侧各做为一个返修部位。探伤检测探伤检测探伤检测探伤检测：焊接完成后应将焊缝及边缘打磨光滑，余高为0～3.0mm。经外观检查、100%PT检测符合JB/T4730-2005Ⅰ级合格，100%RT探伤检测符合JB/T4730-2005Ⅱ级合格，才能确认焊缝返修合格。焊接修补的部位、次数和检测结果应作记录。

【参考文献】

[1]王淑华，邱国洪，邢育新.13MnNiMoNbR高强钢的焊接[J].焊接技术，2008（03）.

[2]李玉虎，刘静，杨占波.甲醇合成塔的焊接制造[J].压力容器，2007（12）.

[3]王晋生，陈丽中.13MnNiMoNbR钢焊接工艺[J].大型铸锻件，2007（06）.

壳体设计 第12篇

推力轴承是船舶推进系统的重要设备，用于传递螺旋桨的推进力，推动船舶前进。随着船舶总体性能的提高，推进系统的推力负载大幅增加，推力轴承的结构尺寸及质量也显著增大，给总体的布置和重量控制带来较大负担。推力轴承主要由壳体、推力轴、推力块、推力平衡机构、支撑轴瓦、支撑环等部件组成，壳体是承受轴系推力和载荷的关键部件，同样也是推力轴承的最重部件。本文应用有限元分析方法，对推力轴承壳体进行强度分析，在保证安全的前提下优化设计轴承壳体结构，控制设备总重量。

2 壳体有限元模型及强度分析

轴承壳体一般为铸件，通过铰制孔螺栓与推力轴承基座联接。本文分析的推力轴承壳体长1000mm，宽1500mm，壳体壁厚为55mm，加强筋厚度为35mm，基座支撑面厚度为100mm。

2.1 有限元模型的建立

Pro/E是一套大型三维参数化软件，具有基于特征的参数化实体造型、基于约束的装配造型等先进的三维设计功能。Pro/E提供与ANSYS无缝连接的专用接口，可以实现实体模型在不经过任何修改的情况下导入ANSYS中进行受力分析。本文应用Pro/E软件对推力轴承壳体进行了三维建模，并将其导入ANSYS软件进行分析，提高了轴承壳体建模的效率，建立的推力轴承模型见图1所示。

推力轴承壳体材料选用ZG230-450，查阅机械设计手册可知材料的弹性模量E=211GPa，泊松比v=0.3，密度ρ=7800kg/m3，屈服极限σ0.2=230MPa。

为简化上下壳体之间连接螺栓，采用布尔运算中的Glue命令连接上下壳体。选用六面体结构单元Solid185对壳体进行自由网格划分，网格划分后有限元模型如图2所示。

2.2 约束及载荷施加

推力轴承安装于基座之上，通过铰制孔螺栓与基座联接。根据推力轴承实际受力情况约束下支承面在Z方向的自由度和各螺栓孔在X、Y方向的自由度。

推力轴承运行时，其推力支撑面需承受推力载荷、支撑轴瓦需承受径向载荷。有限元分析时需将推力和载荷转换为轴承壳体所承受面载荷，经过换算，壳体推力面所承受面载荷为2.6MPa，支撑轴承部分承受面载荷为0.45MPa。按实际受力状态在推力面和支撑面上施加面载荷。

2.3 结果求解

推力轴承壳体变形图如图3所示。由图可知，壳体受力后有一定幅度的变形，最大变形量为0.0807mm，位于支撑轴承位置上部。壳体应力分布图如图4所示，壳体最大应力位于圆柱体与唇边结合处，最大应力为86.5MPa，小于材料屈服极限230MPa，且具有较大富余，可进行结构优化。

3 壳体结构尺寸优化设计

3.1 壳体厚度优化

壳体壁厚减薄是减轻推力轴承重量的重要措施，但可能引起壳体强度不够。通过减小壳体壁厚，分析厚度变化对壳体强度的影响，分析结果见图5。可以看出，壁厚由55mm减为40mm，壳体的最大应力和最大变形均有所增加，但整体依然满足强度要求。

3.2 轴承宽度优化

减小推力轴承的总宽度，分析宽度变化对壳体强度的影响，分析结果见图6。可以看出，推力轴承宽度由1500mm缩短至1350mm，壳体受力最大应力基本保持不变，最大变形有所下降，提高了壳体强度。

3.3 加强筋厚度的优化

减小推力轴承各加强筋厚度，分析厚度变化对壳体强度的影响，分析结果见图7。可以看出，筋板减薄会引起壳体强度降低，但筋板厚度从35mm减薄到20mm，壳体依然满足强度要求。

经过以上分析，对推力轴承壳体作如下优化：壳体壁厚从55mm减小为40mm，总宽度从1500mm减小为1350mm，加强筋厚度从35mm减小为20mm。结构尺寸优化后，对推力轴承壳体模型重新进行强度分析，此时壳体结构最大应力为125MPa，壳体最大变形为0.097mm，满足强度要求。在Pro/E下进行三维模型质量属性评估，可知壳体质量从1.94t下降到1.48t，质量减轻了23.7%，优化效果明显。

4 结论

利用ANSYS软件对推力轴承壳体进行了详细的静力学分析。在满足壳体强度的前提下，结合有限元分析结果对壳体厚度、轴承宽度、加强筋厚度等尺寸进行了优化，取得了较好的优化效果，设备重量减轻了23.7%，对设备的工程应用具有重要的指导意义。

参考文献

^[1^]朱树文.船舶动力装置原理与设计^[M^].北京^:国防工业出版社^,1980.

[2]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2002.