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子模型在轧机机架强度分析中的应用

发布于:2016-03-02 19:16
强度分析

      某厂四辊轧机的机架,是轧机最重要的零部件之一,是用来安装轧辊辊系及轧辊调整装置,并承受轧制力,其强度和变形将影响到整个设备的可靠性、产品的轧制精度及设备的装配关系。因此,很有必要对该轧机机架的结构强度分析进行评估。由于该机架结构较复杂,在目前的软硬件条件下,直接进行整体结构的精确有限元分析,进而准确预测其疲劳寿命,仍有一定的难度。研究采用的子模型技术,可以实现复杂结构的精确有限元分析,从而为该轧机的正常运行提供可靠的支撑和保证。
      该轧机机架材料为ZG25,辊身长度1700mm,工作辊直径D=1150mm,工作辊辊颈直径d=685.6500mm,支承辊辊颈直径d2=1066.8,支承辊直径,工作辊偏移。轧辊轴承摩擦系数取0.003,工作辊与支承辊几距之间的滚动摩擦系数取m=0.2。
      该轧机的最大轧制力设定值为2.5e6N,由于轧机有左右两个机架,结构和受力状态是对称的,因此每个机架所受轧制力为轧机轧制力的的一半,即轧制力向上通过压下螺母,作用于机架上横梁的压下螺母孔圆环面,向下则通过下支承辊轴承座下的垫板,作用于下横梁,其作用力按均布载荷施加。经计算得出,上横梁承载面上的分布载荷为P=73.30MPa,下横梁承载面上的分布载p=217.31MPa。轧机工作辊相对于支承辊,存在偏移距-6mm,则辊系轴承座对机架立柱有水平侧向力的作用,由文献的相关公式,可算出该项侧向力为F=86.6kN。工作辊处侧向力与支承辊轴承处侧向力方向相反。按均布载荷计算,上、下工作辊轴承座作用于立柱内侧的分布载荷为P=0.446MPa,上、下支承辊轴承座对作用于立柱内侧的分布载荷为PQ=0.433MPa。
      首先建立轧机机架实体的三维模型,并对机架一些无关紧要的部位进行合理的简化。根据轧机机架的结构特点,网格划分时,对机架立柱和上横梁过渡圆弧处采用四面体4节点实体单元,机架其余形状规则部分采用六面体8节点实体单元。机架单元划分及载荷施加如图所示。约束条件设置为将机架地脚螺栓孔及孔底端面全约束。图为机架整体等效应力分布图(只显示半个机架)。从图上可看出,上横梁压下螺母孔附近的应力最大,其余部分应力较小,因此本研究主要对机架应力最大的压下螺母孔部位进行应力分析。图是上横梁压下螺母孔部位的最大主应力分布云图,从图上看出,压下螺母孔圆柱面与孔底端面过渡圆弧面有很大的应力集中,该处第一主应力最大值达到57.761MPa。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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