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某鑄鍛車間的4.5x3.5x3型室式回火熱處理爐主要用于對鑄鍛件以及其他零件進行回火等熱處理工藝，它由爐體、爐門及升降系統(tǒng)、助燃風系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、熱風循環(huán)系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)及電控系統(tǒng)等部分組成，如圖所示。爐門橫梁作為爐門及升降系統(tǒng)中的重要部分，是典型的變剛度截面梁結構，在以往的傳統(tǒng)設計中，一直沿用的傳統(tǒng)解析方法需要一系列的假設，其計算結果往往與實際相差很大，對其撓度的計算難以準確定位，為安全起見，往往對型鋼的選型過大。本研究通過ANSYS Workbench有限元分析軟件對爐門橫梁進行詳細的強度分析和研究，旨在為4.5x3.5x3型室式回火爐門橫梁的校核及優(yōu)化改進方案提供有力的理論依據(jù)，從而準確掌握部件的應力分布規(guī)律，節(jié)約材料、降低制造成本。
4.5x3.5x3型室式回火爐爐門橫梁由兩根長度為7320mm的28號Q235-A熱軋型鋼作為主體，縱向分布11塊加強型鋼通過焊接而成。爐門橫梁頂部安裝有爐門提升裝置，根據(jù)材料力學知識，該爐門橫梁可簡化為圖所示簡支梁力學模型。經(jīng)分析計算，P力的大小為39700N，對稱作用在距衡量中心1600mm位置處，F(xiàn)力的大小為1700N，L=6.85m，cz=1.825m。因Q235-A的彈險模量E=210GPa，28號槽鋼的截面慣性矩I=4760cm4，由疊加法可求得爐門橫梁中點處的撓度，由于爐門橫梁頂部要安裝減速機提升裝置，為保證水平方向的配合尺寸，需要保證爐門橫梁豎直方向的變形量要滿足提升裝置中的滾子鏈聯(lián)軸器的技術要求。
由于GL8滾子鏈聯(lián)軸器允許的偏差為3.8mm，車由向偏差角度為1°。由前計算結果可得，爐門橫梁的撓度轉角，該撓度變化超過GL8滾子鏈聯(lián)軸器的許用變形量，不符合設計要求，因此需要對爐門橫梁的結構進行優(yōu)化改進，以使其滿足滾子鏈聯(lián)軸器的使用要求。
根據(jù)材料力學知識，采用改變橫梁主體槽鋼的型號的方法對整體的撓度變形量的改變影響甚微，結合以往的設計經(jīng)驗，在爐門橫梁下方焊接兩塊10mm厚的Q235-A鋼板作為腹板，增加其整體的剛度，采用SolidWorks建立的三維模型輪廓圖如圖所示。ANSYS Workbench對SolidWorks，Pro/E、UG等大型CAD建模軟件能實現(xiàn)真正的無縫聯(lián)接，并在其統(tǒng)一的環(huán)境中實現(xiàn)各種模型的裝配和CAE工程分析。
ANSYS Workbench本身可以對網(wǎng)格劃分進行詳細的優(yōu)化，特別是針對復雜不規(guī)則的機械零件網(wǎng)格模型可以進行特殊的優(yōu)化，剔除無用因素，保留對結果起關鍵作用的因素，符合結構現(xiàn)實工況的需要。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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