剥胎器结构设计及关键部位疲劳的分析(附件)
摘 要摘 要液压剥胎器是拆卸轮胎的极佳工具，不仅操作方式简单、经久耐用，而且体积小便携、用途广泛，尤其是随着运输业日新月异的发展，液压剥胎器的重要性也日益凸显出来。因此，对液压剥胎器的结构设计以及关键部件疲劳的分析有着重大的意义。本文主要对液压剥胎器进行结构设计以及关键部件疲劳的分析。本论文的主要工作如下：首先对液压剥胎器的工作原理进行分析，并结合原始数据对液压剥胎器的结构进行设计，进行基本尺寸的确定；然后，对主要的受力轴进行分析和强度校核，确保其达到要求的强度条件。接着，用三维建模软件SolidWorks进行三维模型的建立，并利用它来出工程图，之后再利用AutoCAD软件进行二维图的完善使其成为一张合格的图纸。然后，用ANSA软件对之前建立好的夹紧爪模型进行网格的生成，最后用ABAQUS、FEMFAT等软件对之前已生成网格的夹紧爪进行静力学分析，再利用静力学分析的结果对其进行疲劳分析。最终通过利用原始数据以及查阅资料对液压剥胎器的结构进行了简单的设计，并进行了三维建模。经过疲劳分析，整个夹紧爪的最大应力为72MPa，疲劳损伤的最大值为3.975×10-6，疲劳极限为105.35MPa，循环极限次数为1.28×106次，最终结果满足了要求。关键词：液压剥胎器；结构设计；疲劳分析；有限元法 目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景、目的和意义 1
1.1.1 课题研究背景 1
1.1.2 研究的目的、意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 论文主要工作内容 3
1.4 本章小结 4
第二章 液压剥胎器的结构设计及强度校核 5
2.1 液压剥胎器的原理分析 5
2.2 液压剥胎器的结构设计 7
2.3 液压剥胎器的强度校核 7
2.3.1 轴的校核 8
2.3.2 螺栓的校核 10
2.4 本章小结 11
第三章 液压剥胎器三维模型的建立 12
3.1 建立零件模型 12
3.1.1 SolidWorks软件的介绍 12
3.1.2 建立零件模型 14
3.1.3 装配零件 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
剥胎器的强度校核 7
2.3.1 轴的校核 8
2.3.2 螺栓的校核 10
2.4 本章小结 11
第三章 液压剥胎器三维模型的建立 12
3.1 建立零件模型 12
3.1.1 SolidWorks软件的介绍 12
3.1.2 建立零件模型 14
3.1.3 装配零件 18
3.2 出液压剥胎器二维图 21
3.2.1 出工程图 21
3.2.2 完善二维图 22
3.3 本章小结 23
第四章 有限元模型的建立 24
4.1 有限元理论基础 24
4.2 液压剥胎器关键部件有限元模型的建立 24
4.2.1 ANSA软件的介绍 24
4.2.2 夹紧爪网格模型的建立 26
4.3 本章小结 30
第五章 液压剥胎器关键部件的疲劳分析 31
5.1 疲劳的定义与类型 31
5.2分析软件的介绍 32
5.2.1 ABAQUS软件的介绍 32
5.2.2 FEMFAT软件的介绍 33
5.3 夹紧爪静力学分析 35
5.4 夹紧爪疲劳分析 37
5.5 本章小结 39
结论与展望 40
致 谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
1.1课题研究背景、目的和意义
1.1.1课题研究背景
目前市场上广泛使用的剥胎器主要是那种主要靠人工的剥胎器，人工剥胎器的主要优势不仅在于它的轻便，而且它的价格便宜，它在汽车修理业里现在仍然是使用得比较多而且是最受欢迎的一种，但同时却也是最耗力又耗时的拆卸轮胎的工具，更大的劣势是它还会对轮毂造成损坏、掉漆等问题，可谓是一把“双刃剑”。
而液压剥胎器在国外应用非常广泛，它能够非常轻松地将大型车辆的轮毂与轮胎分离开来，不仅操作方式简单，而且经久耐用，它具有便于携带、重量轻、占地小的特点，是车胎拆除工具里的上上之选。液压剥胎器是使用液压力对轮胎进行剥离操作，适用于轮毂有撬杆凹槽的场合，适用于铲车，挖土机，叉车，客车，轿车等工程使用的各种车或者农业所使用的车的车胎的修理以及换新，同样也可以用于现场紧急的环境下或者在野外进行剥胎操作。所以，虽然可能有点昂贵，但是这种液压剥胎器在中国的发展前景很是可观。
1.1.2研究的目的、意义
随着国内经济建设的飞速发展，我国的现代运输业的发展也可谓是突飞猛进，对轮式工程机械设备的需求也不断加大，尤其是大型的，因此从液压剥胎器的运用及其发展趋势也可以看出其越来越突显的重要性。而正是因为液压剥胎器的优点众多，所以它也被广泛使用，所以，在完成液压剥胎器的结构设计的同时，对于液压剥胎器的力学性能的准确把握显得尤为重要。在对其进行力学性能进行测试的工况中，在保证测试结果的准确性的同时要做到制造的经济性以及稳定性是一个不能轻视的课题。
可动夹紧爪是剥胎器的重要结构件，起着支撑、夹紧的作用，在运用有限元分析的基础上，可以对剥胎器关键部件进行校核，通过对一定工况下可动夹紧爪的分析可得出可动夹紧爪的疲劳情况。针对液压剥胎器可动夹紧爪的疲劳分析，如果能在前期设计阶段模拟实际工况，及时发现问题并对设计方案加以改进，就可以节省大量的时间以及产品开发的成本。通过对课题的研究可以为液压剥胎器这个产品节约成本保证质量，同时也能加强自身找到并解决疑难的能力，同时也能为以后进入企业对产品进行分析设计学习了一种高效的方法，为以后的学习与工作奠定了一定的基础，拓宽自己的知识面与视野。
1.2国内外研究现状
有限元法，英文名Finite Element Method，始创于20世纪5060年代，它是一种综合利用计算机科学、现代力学以及应用数学使其互相渗透的边缘科学。在数学的领域里，有限元的方法是用来求解偏微分方程的边值的近似值的一种求解技术。求解的时候可以分解整个问题区域从而就可以使每个子区域成为一个个的简单的部分，也即有限元。最近这些年以来，更多的应用数学家、物理学家以及工程师已经证明了这种运用求解偏微分方程（PDE）的方法能够求解很多的物理现象，而这些偏微分方程也能够被拿来描述结构力学的问题、电磁场的问题以及流动等等各种问题。许多为大家所熟知的数学方程均可以利用有限元的方法将其转化成为一些近似的数字式图象。
自从有限元的想法提出之后,有限元的理论知识以及它的应用已经取得了突飞猛进的发展。自此，过去一直不能解决或者能够解决但是求解出来的精度不够高的问题,现在都能够获得新的解决方法。而对于有限元在国外的发展来说，它是主要解决固体力学疑惑的方法之一——有限元法出现于20世纪50年代。而自从6O年代以来，学者们更加深入地研究了FEM数学基础，比如解的收敛性和稳定性、离散误差分析、大型的线性方程组的数值方法等。对于FEM理论的研究成果来说，它为FEM的应用打下了理论基础，而计算机技术的飞速发展也为它创造了一定的前提条件。接着，70年代之后，许多的通用的有限元分析系统就前仆后继地出现了，比如NASTRAN系统、SAP系统、ASKA系统等等，而这一系列的FEA系统不仅可以对航空航天领域进行刚度分析，而且可以进行结构强度的分析，从而可以促进在工程中FEM的实际应用。自从20世纪80年代之后，在工程工作站的成形并得到十分充分的运用之后，以前一直在大中型机上运用的FEA系统能够在其上运行，而且同时涌现了许多的常见的FEA系统，比如SUPERSAP系统、NISA系统、ANSYS—PC系统等等。而自90年代之后，一大波的FEA系统伴随着微机性能的明显的提高而不断地移植向微机，从而才出现了微机版FEA系统。
而对于我国有限元法的发展来说，也即我国首次单独地、全面地研究有限元法的里程碑的事件是：20世纪60年代左右年冯康先生的《基于变分原理的差分格式》论文。自此，人们也渐渐地意识到了有限元分析程序可谓是工程师运用计算机进行各种分析计算的重要工具。目前，国内开发得比较成功并且拥有比较多的用户的系统有北大力学与科学工程系研发的SAP84、大连理工大学研发的FIFEX95、杭州自动化技术研究院研发的MFEP4.0以及中国农科院研发的MAS5.0等等，我们目前仍然处于学
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景、目的和意义 1
1.1.1 课题研究背景 1
1.1.2 研究的目的、意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 论文主要工作内容 3
1.4 本章小结 4
第二章 液压剥胎器的结构设计及强度校核 5
2.1 液压剥胎器的原理分析 5
2.2 液压剥胎器的结构设计 7
2.3 液压剥胎器的强度校核 7
2.3.1 轴的校核 8
2.3.2 螺栓的校核 10
2.4 本章小结 11
第三章 液压剥胎器三维模型的建立 12
3.1 建立零件模型 12
3.1.1 SolidWorks软件的介绍 12
3.1.2 建立零件模型 14
3.1.3 装配零件 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
剥胎器的强度校核 7
2.3.1 轴的校核 8
2.3.2 螺栓的校核 10
2.4 本章小结 11
第三章 液压剥胎器三维模型的建立 12
3.1 建立零件模型 12
3.1.1 SolidWorks软件的介绍 12
3.1.2 建立零件模型 14
3.1.3 装配零件 18
3.2 出液压剥胎器二维图 21
3.2.1 出工程图 21
3.2.2 完善二维图 22
3.3 本章小结 23
第四章 有限元模型的建立 24
4.1 有限元理论基础 24
4.2 液压剥胎器关键部件有限元模型的建立 24
4.2.1 ANSA软件的介绍 24
4.2.2 夹紧爪网格模型的建立 26
4.3 本章小结 30
第五章 液压剥胎器关键部件的疲劳分析 31
5.1 疲劳的定义与类型 31
5.2分析软件的介绍 32
5.2.1 ABAQUS软件的介绍 32
5.2.2 FEMFAT软件的介绍 33
5.3 夹紧爪静力学分析 35
5.4 夹紧爪疲劳分析 37
5.5 本章小结 39
结论与展望 40
致 谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
1.1课题研究背景、目的和意义
1.1.1课题研究背景
目前市场上广泛使用的剥胎器主要是那种主要靠人工的剥胎器，人工剥胎器的主要优势不仅在于它的轻便，而且它的价格便宜，它在汽车修理业里现在仍然是使用得比较多而且是最受欢迎的一种，但同时却也是最耗力又耗时的拆卸轮胎的工具，更大的劣势是它还会对轮毂造成损坏、掉漆等问题，可谓是一把“双刃剑”。
而液压剥胎器在国外应用非常广泛，它能够非常轻松地将大型车辆的轮毂与轮胎分离开来，不仅操作方式简单，而且经久耐用，它具有便于携带、重量轻、占地小的特点，是车胎拆除工具里的上上之选。液压剥胎器是使用液压力对轮胎进行剥离操作，适用于轮毂有撬杆凹槽的场合，适用于铲车，挖土机，叉车，客车，轿车等工程使用的各种车或者农业所使用的车的车胎的修理以及换新，同样也可以用于现场紧急的环境下或者在野外进行剥胎操作。所以，虽然可能有点昂贵，但是这种液压剥胎器在中国的发展前景很是可观。
1.1.2研究的目的、意义
随着国内经济建设的飞速发展，我国的现代运输业的发展也可谓是突飞猛进，对轮式工程机械设备的需求也不断加大，尤其是大型的，因此从液压剥胎器的运用及其发展趋势也可以看出其越来越突显的重要性。而正是因为液压剥胎器的优点众多，所以它也被广泛使用，所以，在完成液压剥胎器的结构设计的同时，对于液压剥胎器的力学性能的准确把握显得尤为重要。在对其进行力学性能进行测试的工况中，在保证测试结果的准确性的同时要做到制造的经济性以及稳定性是一个不能轻视的课题。
可动夹紧爪是剥胎器的重要结构件，起着支撑、夹紧的作用，在运用有限元分析的基础上，可以对剥胎器关键部件进行校核，通过对一定工况下可动夹紧爪的分析可得出可动夹紧爪的疲劳情况。针对液压剥胎器可动夹紧爪的疲劳分析，如果能在前期设计阶段模拟实际工况，及时发现问题并对设计方案加以改进，就可以节省大量的时间以及产品开发的成本。通过对课题的研究可以为液压剥胎器这个产品节约成本保证质量，同时也能加强自身找到并解决疑难的能力，同时也能为以后进入企业对产品进行分析设计学习了一种高效的方法，为以后的学习与工作奠定了一定的基础，拓宽自己的知识面与视野。
1.2国内外研究现状
有限元法，英文名Finite Element Method，始创于20世纪5060年代，它是一种综合利用计算机科学、现代力学以及应用数学使其互相渗透的边缘科学。在数学的领域里，有限元的方法是用来求解偏微分方程的边值的近似值的一种求解技术。求解的时候可以分解整个问题区域从而就可以使每个子区域成为一个个的简单的部分，也即有限元。最近这些年以来，更多的应用数学家、物理学家以及工程师已经证明了这种运用求解偏微分方程（PDE）的方法能够求解很多的物理现象，而这些偏微分方程也能够被拿来描述结构力学的问题、电磁场的问题以及流动等等各种问题。许多为大家所熟知的数学方程均可以利用有限元的方法将其转化成为一些近似的数字式图象。
自从有限元的想法提出之后,有限元的理论知识以及它的应用已经取得了突飞猛进的发展。自此，过去一直不能解决或者能够解决但是求解出来的精度不够高的问题,现在都能够获得新的解决方法。而对于有限元在国外的发展来说，它是主要解决固体力学疑惑的方法之一——有限元法出现于20世纪50年代。而自从6O年代以来，学者们更加深入地研究了FEM数学基础，比如解的收敛性和稳定性、离散误差分析、大型的线性方程组的数值方法等。对于FEM理论的研究成果来说，它为FEM的应用打下了理论基础，而计算机技术的飞速发展也为它创造了一定的前提条件。接着，70年代之后，许多的通用的有限元分析系统就前仆后继地出现了，比如NASTRAN系统、SAP系统、ASKA系统等等，而这一系列的FEA系统不仅可以对航空航天领域进行刚度分析，而且可以进行结构强度的分析，从而可以促进在工程中FEM的实际应用。自从20世纪80年代之后，在工程工作站的成形并得到十分充分的运用之后，以前一直在大中型机上运用的FEA系统能够在其上运行，而且同时涌现了许多的常见的FEA系统，比如SUPERSAP系统、NISA系统、ANSYS—PC系统等等。而自90年代之后，一大波的FEA系统伴随着微机性能的明显的提高而不断地移植向微机，从而才出现了微机版FEA系统。
而对于我国有限元法的发展来说，也即我国首次单独地、全面地研究有限元法的里程碑的事件是：20世纪60年代左右年冯康先生的《基于变分原理的差分格式》论文。自此，人们也渐渐地意识到了有限元分析程序可谓是工程师运用计算机进行各种分析计算的重要工具。目前，国内开发得比较成功并且拥有比较多的用户的系统有北大力学与科学工程系研发的SAP84、大连理工大学研发的FIFEX95、杭州自动化技术研究院研发的MFEP4.0以及中国农科院研发的MAS5.0等等，我们目前仍然处于学
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