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（图纸+论文）软起动隔爆箱体结构设计与计算（全套完整）

选取安全系数。然后，考虑许用应力的选取，依据板的小挠度理论计算出板弯曲结果是偏于安全和浪费的。本例中所采用的钢的屈服极限。当屈服极限作为许用应力时，最大应力为，仍小于钢的强度极限，说明最大应力在强化阶段至破坏极限状态之间，尚未达到破坏极限。为了增加承载能力，技术要求在压力试验后需要产生永久塑性变形。说明平板受压下在材料的弹塑性区域活动，并且是安全的。.连接螺钉的强度及数量内六角圆柱头螺钉，也简称内六角螺栓，杯头螺丝，内六角螺钉，其叫法不样，但所代表的意思是样的。内六角螺钉按螺丝线材的硬度，扛拉力，屈服强度等是有个等级分类的，也就是内六角螺钉的级别，内六角螺钉是什么级别的。不同的产品物料上，要求有不同等级的内六角螺钉与之相对应。内六角螺钉按等级强度有分为普通的和高强度的。普通的内六角螺栓是指.级的，高强度的内六角螺钉是指.级以上的，包括.级和.级的。.级的内六角螺钉般都是指带滚花的，本色的带油的黑色内六角杯头螺丝。钢结构连接用内六角螺钉性能等级分.等余个等级，其中.级及以上螺钉材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理淬火回火，通称为高强度螺钉，其余通称为普通螺钉。螺钉性能等级标号有两部分数字组成，分别表示螺钉材料的公称抗拉强度值和屈强比值。本次设计所采用的螺钉为性能等级.的内六角圆柱螺钉，其抗拉强度为，屈服强度为。高强度螺钉在受剪和受拉两方面的性能都比较好。它在安装时通过拧入板的螺纹孔中，使钉身中出现很大的预紧拉应力，从而在被连接板间产生较大的摩擦力，靠这个摩擦力传递外力。采用号钢制造螺钉，并经热处理，就是希望预紧力可以大些，因而摩擦力也可以大些。选用恰当的螺钉直径并正确的布置螺钉，对于保证连接强度，求得经济效益和制作方便是至关重要的。箱体法兰与门法兰，接线腔法兰与盖板法兰使用螺钉联接，需要计算在受压下螺钉的强度。这里分析下螺钉的直径和个数。用简支边界条件进行计算。由式.简支边界条件下板中心最大扰度.由式得到板中心点最大应力门対板的尺寸为，由式.简支边界条件下板中心最大扰度.由式得到板中心点最大应力接线腔盖板尺寸，由于盖板边界由螺钉与法兰连接，假定属于固支的边界条件，其中心最大扰度.把式.板最大弯矩带入式.得到板固支边中点的最大应力箱门尺寸，由于盖板边界由螺钉与法兰连接，假定属于固支的边界条件，其中心最大扰度.把式.板最大弯矩带入式.得到板固支边中点的最大应力门法兰和盖板法兰变形设计门面或盖板和法兰接合面在承受工况压力下，接合面部分的两个部分的弹性变形之和不不能超过许用的间隙。接合面宽度的最小值和接合面间隙限定如表.。表.接合面宽度的最小值和接合面间隙的对应数据平面接合面和止口接合面宽度与外壳容积对应的最大间隙安全系数为.时的允许间隙由表.，由于两种外壳的数值都大于，计算得到的允许最大间隙，也就是许用扰度都是，不使用分配系数的情况下，分配到门和壳体法兰上各.，的允许变形量。根据所提供的设计要求，刚度条件是两者最大扰度之和应小于许用扰度.即，门许用扰度箱体法兰的许用扰度隔爆接合面的允许间隙平面度公差安全系数。其中是许用扰度，这里是隔爆接合面的最大间隙与平面度公差的差值再比上安全系数得到的，单位是。是安全系数，如上所述，取.。门法兰许用挠度与箱体法兰许用挠度不同，使用分配系数来区别其大小。从前面的计算可以看出实际取值的厚度接近许用厚度的最小值。实际工作中随着安全系数的取值不同。最小厚度也会有所变化，取用要依据实际情况决定。箱体法兰变形建立模型有多种方式，采用梁结构时，法兰简化为线，反映不出在法兰内外侧的变形不同。所以在这里按照板受力的模型计算。根据机械工程手册中的近似公式计算。箱体法兰板的边界条件为两短边简支，长边固定，长边自由。计算变形使用最大挠度公式.其中取.，为法兰厚度。代入法兰尺寸计算法兰的变形结果如表.所示表.法兰计算结果法兰宽度法兰厚度最大扰度门框法兰箱体法兰接线腔法兰.盖板法兰.计算结果讨论首先，计算结果应用于实际时要加定的安全系数，先讨论安全系数的选取。安全系数定义为最大应力。与实际许用应力的比值，即。，浪费材料，增加了生产成本本课题是以型号为的矿用隔爆起动器作为研究对象，其中所涉及到的外形尺寸都是依据该起动器来选取的。计算其箱体受力后的应力和应变。外形图如图.所示。图.矿用隔爆兼本质安全交流软起动器外形图长方体隔爆外壳是由钢板焊接而成的六面体结构，因此，对于体积较大的外壳，因受力大，所用钢板必然较厚，使壳体笨重，成本增加。为了减少板厚降低壳体重量和成本，般均采用加强筋结构。对有加强筋的长方体外壳，其受力情况较圆柱体外壳复杂得多，需要进行复杂的数学运算。以往的设计停留在类比法，靠经验设计该外壳，设计者心中往往无数，在水压试验或隔爆性能试验时常常发生问题，造成较大的经济损失，同时又延误了设计和生产时间。因此，有加强筋的隔爆外壳的设计必须建立在科学可靠的基础上。本章将弹塑性力学以及材料力学的计算方法引入隔爆外壳的设计计算中，以期使隔爆外壳的设计更为科学合理经济以及可靠.箱体结构的设计计算弹塑性力学的理论公式由两个平行平面和垂直于平面的柱面所组成的结构，其平面间的距离远小于平面本身的尺寸如长度宽度或直径时，该结构称为薄板。若板的厚度用表示，与上下表面等距离的平面称为中面，且中面的特征尺寸如边长或直径为，则小于时，可以按薄板计算。作用于板上的载荷，般可分为沿中面及垂直于中面的两部分，前者按平面应力问题处理，而后者则是薄板弯曲理论所研究的内容。在侧向载荷的作用下，薄板将产生弯曲变形，当板的最大弯曲挠度。远小于板的厚度时，称为小挠度问题。对于薄板的弯曲小挠度理论做了以下基本假设垂直于板厚方向的变形挠度远小于板的边长。取中面为厚度的面，参考图.图.薄板小挠度理论假设条件变形前与中面垂直的直线，变形后仍是垂直于其中面的直线，且线段长度保持不变。此假设即为直法线假设。薄板中面内各点没有平行于中面的位移，即中面内任意点沿方向及方向的位移以及，而且只有沿中面法线方向的挠度，在忽略挠度沿板厚的变化时，可认为在同厚度的各点的挠度相同，都等于中面的挠度。应力分量，远小于其他三个应力分量，并取，即平行于板中面的各层互不挤压。由第个假设可知即，薄板的挠度有又由，即.积分上式，得.考虑到假设，即，因此，上式成为.基于这三点假设，应用几何方程将各个形变分量用位移表示再将物理方程代入形变分量，就可以用表示各个应力分量再利用平衡方程，就可以得到薄板的弹性曲面微分方程.其中是板的弯曲刚度，是弹性模量，是板的厚度，是泊松比，是单位面积内的横向载荷。参考图.，板在弯曲时应力与起动,箱体,结构设计,计算,毕业设计,全套,图纸本课题研究的主要内容及意义矿用隔爆电器设备壳体隔爆要求.爆炸性电气设备的分类.隔爆型电气设备的主要功能.隔爆箱的隔爆原理.外壳的变形允许值.本章小结壳体强度刚度的理论计算.隔爆外壳设计概述.箱体结构的设计计算弹塑性力学的理论公式壳体壁厚的设计各面板的最大扰度和应力结果门法兰和盖板法兰变形设计计算结果讨论.连接螺钉的强度及数量.优化方案设计.本章小结基于的隔爆箱体外壳的三维建模.软件.隔爆软起动器各箱体及组件.三维建模.本章小结隔爆软起动器的有限元分析.有限元简介.简介技术特点平台.隔爆软起动器的有限元建模几何建模材料的设置网格划分静力分析.分析结果隔爆箱体的静力分析门扣的静力分析门面板的静力分析法兰的静力分析.结果分析与优化.本章小结结论谢辞参考文献绪论目前，用于煤矿井下爆炸性气体环境中的控制箱类型主要有本安型隔爆型和增安型等，隔爆型控制箱在应用中使用较为广泛。本论文涉及的隔爆起动器箱体主要由隔爆壳体接线腔内部连接件引入装置箱门腔盖和螺钉等组成，还要有专门的箱门和透明件给有观察器件或者频繁开箱检测的箱体做准备。矿用隔爆型控制箱主要根据国家标准.爆炸性环境用电气设备第部分，隔爆型和.爆炸性环境用电气设备第部分，通用要求设计与制造的。本论文对隔爆原理防爆起动器的壳体进行设计和优化作了介绍。.课题的提出石化工业及煤炭工业的迅速发展，提高了人类的工业水平及生活水平的，不过也会带来悲惨的爆炸灾害，在这些工业发展的初期，超过半的爆炸事故是由电气设备的电火花，电弧产生的高温引起的。矿用隔爆型起动器设备主要用于有煤尘和甲烷混合气体等有爆炸可能的矿井下。箱体要求可以承受住通过结构间隙或外壳任何接合面渗透到外壳内部的可燃性混合物在内部发生的爆炸，而不会点燃外部的爆炸性气体。在有瓦斯环境中的煤矿井下的动力设备，如电动机开关和控制设备等，因为火花或其他事故会引起瓦斯爆炸，为了避免这种危险，需要把设备设计成有防爆结构的特殊外壳，使其具有耐爆性和不传爆性。隔爆型设备需要进行防爆试验主要有隔爆性能试验和动态强度试验，设计要满足产品外壳定的强度和刚度。以前国内设计隔爆电箱体时，大多采用类比法或经验设计计算，在试制样机时如果隔爆外壳通过水压试验则合格，否则需增加外壳上强度或刚度薄弱的部分，然后再通过样机试验来验证设计是否达到要求。随着工业科技的迅速发展，矿用电器设备技术也不断获得进展，在煤矿得到广泛应用的壳类电器开关出现了从低压向高压大容量，升级的发展趋势。根据这种需要，在设计生产过程中虽有些理论分析，但并未对其进行理论研究，诸如根据隔爆电气设备箱体壁厚的理论计算，有限元分析验算等。并且在设计中，随着壳体的大小不同，多次重复的进行相同或相似的绘图，增加了设计时间影响了出图效率。为了确保隔爆设备的设计科学可靠经济及合理，在保证用于爆炸性气体环境安全的情况下，利用弹塑性力学将壳体的板壁抽象成力学模型，计算各部分的壁厚，螺钉的分配，并运用有限元法对隔爆进行静力学分析，检验其强度和刚度是否满足要求，利用结果指导其箱体结构的改进。对提高隔爆电气设备的设计技术水平快速响应市场降低成本具有十分重要的意义。.本课题研究的主要内容及意义近年来，对隔爆箱体已进行了许多方面的分析，包括隔爆外壳强度设计，对箱体结构设计，壳体形状的探讨，对箱体法兰和螺钉联接强度的校核等。尽管经过了这些分析，但是所选用的方法主要选用传统的方法，只用原有的经验和专业知识来选择和调整结构设计参数，只能构造得比较简单的计算模型，与实际的结构形状变化很大，因此，计算精度较低，要使结构能安全可靠地运行，通常的采用提高安全系数，使其结构尺寸加大，浪费结构材料，设计周期大大增加，并且很难使许多设计参数得到正确的选择。由此设计出来的结构，般达到了设计标准，但在材料使用结构形式等方面有着不经济和不合理性，结构的综合性能往往不能达到理想状态。设计人员对实际应变位移和应力情况没有定的了解，不能得出其薄弱环节的位置，更谈不上进行设备的优化设计。现代设备正朝着高速高精度高效低成本节省资源和高性能等方面的发展，传统的计算方法般都无法满足要求。所以要满足这种需求，需要想出另外更好的方法。近年来兴起的有限元分析方法，它有计算精度高速度快和显示直观可靠等特点。因此通过软件的支撑下，对防爆起动器箱体进行有限元静应力分析，校验它的强度和刚度有没有满足要求，可以提高起动器壳体，和隔爆电气设备壳体的设计的技术水平，并降低成本有着十分重要的意义。本课题利用防爆电器在设计过程中所暴露出来的问题，考虑到防爆电器行业的发展现状，以矿用隔爆兼本质安全交流软起动器以下简称隔爆起动器，型号为的外壳为研究对象，作出了以下的工作尝试使用弹塑性力学理论对起动器进行设计。根据小扰度理论，计算出各个面板的理论厚度以及法兰的尺寸。利用受压状态下