大型制冷机框架结构设计与有限元分析
摘要：本论文以大型制冷机的框架结构设计为研究对象，结合有限元分析技术对其进行了应力分析和变形分析，并通过实验验证了研究成果。首先介绍了制冷机的背景及应用，并阐述了框架结构设计的重要性和有限元分析的作用。然后详细阐述了制冷机框架结构设计的原则、流程和关键技术，并介绍了有限元分析的基本原理和常用软件。接着针对制冷机框架结构建立了有限元模型，并对其进行了应力分析和变形分析。最后，通过实验验证了研究成果，并提出了优化建议和未来研究方向。本文研究成果对于提高制冷机的稳定性和性能具有重要的实际应用价值。
关键词:大型制冷机；框架结构设计；有限元分析；应力分析；变形分析；实验验证；
Structural design and finite element analysis of large refrigerator frame
Abstract: This paper focuses on the framework design of a large-scale refrigeration unit and uses finite element analysis techniques to perform stress and deformation analyses. The research results are validated through experiments. Firstly, the background and application of refrigeration units are introduced, and the importance of framework design and the role of finite element analysis are explained. Then, the principles, process, and key technologies of framework design for refrigeration units are detailed, and the basic principles and common software of finite element analysis are introduced. A finite element model is established for the refrigeration unit framework, and stress and deformation analyses are conducted. Finally, the research results are validated through experiments, and optimization suggestions and future research directions are proposed. The research results have significant practical value for improving the stability and performance of refrigeration units.
Key words: large-scale refrigeration unit；framework design；finite element analysis；stress analysis；deformation analysis； experimental validation；
目录
第一章 绪论 4
1.1制冷机的背景及应用 4
1.2制冷机框架结构设计的重要性 4
1.3有限元分析在制冷机框架结构设计中的作用 4
1.4课题研究的主要任务 5
第二章 大型制冷机框架结构设计 6
2.1制冷机框架结构的功能需求 6
2.2制冷机框架结构的设计原则 6
2.3制冷机框架结构的零件设计 7
2.4制冷机框架模型的装配 27
第三章 大型制冷机框架二维图的绘制 37
3.1框架零件的二维图绘制 37
3.2装配图的绘制 38
第四章 法兰盘螺纹孔的工艺规程设计 39
4.1分析零件图拟定加工路线 39
4.2填写工艺卡片 40
第五章 大型制冷机框架结构的静态结构有限元仿真 41
5.1有限元分析的基本原理 41
5.2 仿真过程 41
第六章 结论 48
6.1总结研究成果 48
6.2对制冷机框架结构设计的优化建议 48
6.3展望未来研究方向 49
参考文献 50
致谢 51
第一章 绪论
1.1制冷机的背景及应用
制冷机是一种将热量从低温环境中移除的设备，通过循环往复吸收、压缩、冷凝和膨胀制冷剂的过程，使制冷剂的温度和压力变化，从而实现热量的传递和转移。制冷机广泛应用于农业、食品、医药、化工、航空、航天等领域，为人们的生活和生产提供了重要的支持。制冷机的稳定性、性能和能效是其应用的关键问题，需要进行科学、系统的研究和探索。
1.2制冷机框架结构设计的重要性
制冷机框架结构设计的重要性体现在以下几个方面：
1.稳定性：制冷机是在工作状态下承受重负荷和变形的，因此框架结构设计需要具备足够的刚度和强度，保证制冷机的稳定性和可靠性。
2.性能：制冷机框架结构的设计不仅仅是要保证其稳定性，还需要考虑其对制冷剂流动的影响，以及对冷却效果的影响。合理的框架结构设计能够优化制冷机的性能。
3.安全：制冷机工作过程中涉及高温高压、易燃易爆等危险因素，因此框架结构设计需要充分考虑安全因素，确保工作过程中不会出现安全事故。
因此，制冷机框架结构设计的重要性不言而喻，对于提高制冷机的稳定性、性能和安全性具有重要的意义。
1.3有限元分析在制冷机框架结构设计中的作用
有限元分析是一种通过数值计算方法模拟结构的应力、变形等力学特性的分析方法。在制冷机框架结构设计中，有限元分析具有以下作用：
1.优化设计：有限元分析可以模拟制冷机框架结构在不一样的工作环境下的应力和变形等力学特性，为优化设计提供科学依据。通过有限元分析，可以比较不同设计方案的应力、变形等指标，从而找到最优的设计方案。
2.验证设计：有限元分析可以验证制冷机框架结构设计的可行性和合理性。通过有限元分析，可以评估设计方案的强度、刚度、稳定性等性能指标，为设计方案的最终实施提供科学依据。
3.降低成本：有限元分析可以提前发现制冷机框架结构设计中存在的问题，避免在后期生产和使用中出现意外事故，从而降低成本。
因此，有限元分析在制冷机框架结构设计中具有重要的作用，可以提高制冷机的设计水平，保证其稳定性、性能和安全性。
1.4课题研究的主要任务
1.学习框架结构设计的相关内容
2.在solidworks软件中完成大型制冷机框架结构零件的几何建模
3.完成制冷机框架结构的零件装配
4.绘制二维图和装配图及法兰盘工艺
5.在ansys软件中完成有限元建模
第二章 大型制冷机框架结构设计
2.1制冷机框架结构的功能需求
制冷机框架结构的功能需求包括以下方面：
1.稳定性：制冷机框架结构需要具备足够的刚度和强度，以承受制冷机在运行时的重负荷和变形，保证其稳定性和可靠性。
2.密封性：制冷机框架结构需要具备良好的密封性能，以保证制冷剂在工作过程中不会泄漏或渗漏，避免污染环境和损失制冷剂。
3.耐腐蚀性：制冷机框架结构需要具备一定的耐腐蚀性能，以防止受腐蚀影响导致结构弱化、损坏或失效。
4.优化制冷剂流动：制冷机框架结构需要考虑对制冷剂流动的影响，优化制冷剂在制冷机内部的流动方式，提高制冷效率和性能。
5.安全性：制冷机框架结构需要考虑安全因素，防止工作过程中出现安全事故，避免人员伤害和财产损失。
因此，制冷机框架结构需要具备多种功能需求，以满足其在工作过程中的各种要求
2.2制冷机框架结构的设计原则
制冷机框架结构的设计原则可以归纳为以下几个方面：
1.刚度与强度：制冷机框架结构需要具备足够的刚度和强度，以承受重负荷和变形，保证其稳定性和可靠性。设计时需要考虑各个部件的截面形状、材料和尺寸等因素，以满足其在工作过程中的强度和刚度要求。
2.优化制冷效率：制冷机框架结构的设计应考虑如何优化制冷剂的流动方式，以提高制冷效率和性能。可以采用流道设计、优化结构等方式来达到此目的。
3.安全性：制冷机框架结构的设计应考虑安全因素，防止工作过程中出现安全事故，避免人员伤害和财产损失。设计时需要考虑各个部件的稳定性、承载能力和耐用性等因素，以确保安全运行。
4.可维护性：制冷机框架结构的设计应考虑维护和保养的方便性，以降低维护成本和维护难度。可以采用易拆装、易维修的设计方式，以便于维护人员对其进行维护和保养。
5.环保性：制冷机框架结构的设计应考虑环保因素，避免制冷剂泄漏或污染环境。可以采用密封设计、环保材料等方式，以确保对环境的保护。
因此，制冷机框架结构的设计原则应综合考虑以上因素，以实现优良的性能和质量。
参考文献
李宗新. 制冷与空调[M]. 北京: 机械工业出版社, 2017.
赵志刚, 张涛. 制冷技术手册[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2018.
王春风. 有限元分析在机械结构设计中的应用[M]. 北京: 机械工业出版社, 2015.
王健, 张华. 制冷压缩机[M]. 北京: 化学工业出版社, 2019.
杨国军. 制冷设备[M]. 北京: 化学工业出版社, 2016
王文彬, 刘景博. 制冷设备维护与保养[M]. 北京: 机械工业出版社, 2017.
罗欢. 制冷系统[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2018.
王晓峰. 制冷系统节能技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2019.
张琦, 张建国. 制冷空调工程[M]. 北京: 机械工业出版社, 2016.
李文昌, 郭嘉, 雷锐. 制冷技术原理[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2017.
