四輥冷軋機(jī)設(shè)計(jì)之軋機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)I摘要摘要本軋機(jī)為小型四輥冷軋機(jī)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了機(jī)架部分。機(jī)架是軋鋼機(jī)的重要部件，用來(lái)安裝整個(gè)輥系及軋輥調(diào)整裝置，并承受全部軋制力。因機(jī)架重量大、制造復(fù)雜一般給予很大安全系數(shù)，并作為永久使用的不更換零件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)架的設(shè)計(jì)步驟可分為以下幾步：1）初步確定機(jī)架的形狀和尺寸；2）常規(guī)計(jì)算：利用材料力學(xué)、彈性力學(xué)等固體力學(xué)理論和計(jì)算公式，對(duì)機(jī)架進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等方面的校核；3）有限元靜態(tài)受力分析。本設(shè)計(jì)主要采用了采利柯夫計(jì)算方法進(jìn)行閉式機(jī)架的強(qiáng)度和變形計(jì)算，然后采用有限單元法校核機(jī)架的應(yīng)力、變形及安全系數(shù)。用有限單元法可求出機(jī)架完整的應(yīng)力場(chǎng)。在以往機(jī)架的設(shè)

2、計(jì)中，安全系數(shù)取得很高但仍不能保證機(jī)架可靠工作。機(jī)架的破壞多在壓下螺母孔、機(jī)架窗口轉(zhuǎn)角處等應(yīng)力集中大的部位。采利柯夫計(jì)算方法只能求得某些部位的應(yīng)力值。而有限單元法不但能求出整個(gè)機(jī)架各部位的應(yīng)力場(chǎng)，特別能真實(shí)地反映局部部位高應(yīng)力水平的數(shù)值。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：機(jī)架；設(shè)計(jì)步驟；計(jì)算方法；有限單元法青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)II目錄目錄摘要摘要.IAbstract .II目錄目錄.III第第 1 章章 緒論緒論 .11.1 冷軋帶鋼生產(chǎn)概況和發(fā)展方向.11.2 冷軋機(jī)的類(lèi)型、特點(diǎn)及工作原理.21.3 冷軋帶鋼的生產(chǎn)工藝.3第第 2 章章 設(shè)計(jì)方案的比較設(shè)計(jì)方案的比較 .82.1 主轉(zhuǎn)動(dòng)方式.

3、82.2 傳動(dòng)型式.92.3 軋輥軸承.92.4 壓下裝置的結(jié)構(gòu)形式.102.5 軋輥平衡裝置.112.6 設(shè)計(jì)方案的確定.11第第 3 章章 設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算 .123.1 設(shè)計(jì)題目及要求.123.2 原始數(shù)據(jù).123.3 軋輥參數(shù)的確定.123.4 軋制力能計(jì)算.133.5 機(jī)架的設(shè)計(jì)計(jì)算 .27結(jié)論結(jié)論 .41參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .42致謝致謝 .43附件附件 1 .44摘要 .441 前言.44青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)III2 閉式機(jī)架結(jié)構(gòu)及載荷分布特點(diǎn).453 有限元分析.453.1 有限元模型的建立及模型載荷的處理.453.2 有限元計(jì)算結(jié)果與分析.473.2.1 變

4、形分析 .473.2.1 應(yīng)力分析 .483.2.1 機(jī)架強(qiáng)度與剛度分析 .494 結(jié)論.505 參考文獻(xiàn).50附件附件 2 .51附錄附錄 1 .60附錄附錄 2 2 .62附錄附錄 3 3 .64青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)13.5 機(jī)架的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)架的設(shè)計(jì)計(jì)算1、機(jī)架的類(lèi)型軋鋼機(jī)機(jī)架是工作機(jī)座的重要部件，軋輥軸承座及軋輥調(diào)整裝置等都安裝在機(jī)架上。機(jī)架要承受全部軋制力，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。根據(jù)軋鋼機(jī)架結(jié)構(gòu)不同，軋鋼機(jī)機(jī)架分為閉式和開(kāi)式兩種。（1）閉式機(jī)架如圖 3-10 所示，閉式機(jī)架是一個(gè)將上下橫梁與立柱鑄成一體的封閉式整體框架，具較強(qiáng)的強(qiáng)度和剛度，但換輥不便。它常用在受力

5、大或要求軋件精度高而不經(jīng)常換輥的軋鋼，如軋制力較大的軋機(jī)、板坯軋機(jī)和板帶軋機(jī)等。對(duì)于板帶軋機(jī)來(lái)說(shuō)，為提高軋制精度，需要有較高的機(jī)架剛度。采用閉式機(jī)架的工作機(jī)座，在換輥時(shí)，軋輥是沿其軸線(xiàn)方向從機(jī)架窗口中抽出或裝入，這種軋機(jī)一般都設(shè)有專(zhuān)用的換輥裝置。 圖 310 閉式機(jī)架結(jié)構(gòu)及簡(jiǎn)圖（2）開(kāi)式機(jī)架開(kāi)式機(jī)架由機(jī)架本體和上蓋兩部分組成，如圖 3-11，它主要用在橫列式型鋼軋機(jī)上，其主要優(yōu)點(diǎn)是換輥方便。因?yàn)?，在橫列式型鋼軋機(jī)上如果采用閉式機(jī)架，由于受到相鄰機(jī)座和連接軸的妨礙，沿軋輥軸線(xiàn)方向換輥是很困難得。采用開(kāi)式機(jī)架，只要拆下上蓋，就可以很方便地將軋輥從上面吊出或裝入。開(kāi)式機(jī)架主要缺點(diǎn)是剛度較差。影響開(kāi)式

6、機(jī)架剛度和換輥速度的主要關(guān)鍵是上蓋與 U 型架體的連接方式。常見(jiàn)的上蓋連接方式有四種。青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)2 （a）螺栓連接 (b)套環(huán)連接 (c)銷(xiāo)軸連接 (d)斜楔連接圖 3-11 機(jī)架上蓋連接方式因機(jī)架重量大、制造復(fù)雜，一般給予很大的安全系數(shù)，并作為永久使用的不更換零件來(lái)設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)中選用閉式機(jī)架。2、機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是窗口寬度、窗口高度和立柱端面尺寸。（1）機(jī)架窗口高度 H機(jī)架窗口高度 H 與軋輥數(shù)目、輥身直徑、輥頸直徑，軸承、軸承座徑向厚度，以及上輥的調(diào)整距離等因素有關(guān)。主要根據(jù)軋輥?zhàn)畲箝_(kāi)口度、壓下螺絲最小伸出端，以及換輥等要求確定。對(duì)于四輥

7、軋機(jī)可取mmDDHbw24151794)500190)(5 . 36 . 2()(5 . 36 . 2(）式中：、工作輥、支承輥直徑，mm；取 H=2120mm。wDbD（2）機(jī)架窗口寬度 B在閉式機(jī)架中，機(jī)架窗口應(yīng)稍大于軋輥?zhàn)畲笾睆?，以便于換輥。四輥軋機(jī)機(jī)架窗口寬度一般為支承輥直徑的 1.151.30 倍。mmDBb650575500)30. 115. 1 ()30. 115. 1 (為換輥方便，換輥側(cè)的機(jī)架窗口應(yīng)比傳動(dòng)側(cè)窗口寬 510mm，亦可表示為mmsBBz5902525402式中：B機(jī)架窗口寬度；支承輥直徑，mm；bD支承輥軸承座寬度，mm，取=540mm；zBzB窗口滑板厚度，mm

8、，一般 s=2040mm，取 s=25；s青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)3（3）機(jī)架端面尺寸機(jī)架立柱的端面尺寸是根據(jù)軋鋼機(jī)類(lèi)型、強(qiáng)度條件、機(jī)架受力特點(diǎn)等確定的。查軋鋼機(jī)械第三版表 5-1 得：四輥軋機(jī)機(jī)架立柱斷面積與軋輥頸平方的比值：。6 . 12 . 12dF則四輥軋機(jī)機(jī)架端面面積2221.2 1.6(1.2 1.6) 26081120 108160Fdmm對(duì)于四輥軋機(jī)，可選慣性矩較小的近似正方形斷面。實(shí)際上，一般都是選擇斷面尺寸小的矩形斷面，這對(duì)于減輕機(jī)架的重量是有利的。所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取端面尺寸為 360mm 270mm。297200270360mmF機(jī)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 312：圖

9、 3-12 機(jī)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3、機(jī)架的材料和許用應(yīng)力12軋鋼機(jī)機(jī)架一般采用含碳量為 0.25%0.35%的 ZG270500，其強(qiáng)度極限，延伸率。ZG270500 是大型鑄鋼件生產(chǎn)中最常用500 600bMPa%16%12s的碳素鑄鋼，具有較好的鑄造性和焊接性，但易產(chǎn)生較大的鑄造應(yīng)力引起熱裂，廣泛應(yīng)用于軋鋼、鍛壓、礦山等設(shè)備，如軋鋼機(jī)機(jī)架、輥道架、連軋機(jī)軌座、坯扎機(jī)立輥青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)4機(jī)架等。由于機(jī)架是軋機(jī)中最貴重和最重要的零件，必須具有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備。一般機(jī)架的安全系數(shù)為 m=12.515；對(duì)于 ZG270500 來(lái)說(shuō)，許用應(yīng)力采用以下數(shù)值：對(duì)于橫梁 ；MPa7050對(duì)

10、于立柱 ；MPa5040為了防止機(jī)架在過(guò)載時(shí)破壞，在軋輥斷裂時(shí)機(jī)架要不產(chǎn)生塑性變形。根據(jù)這一要求，機(jī)架的安全系數(shù)為bjgsnn式中：機(jī)架的安全系數(shù)；jn軋輥的安全系數(shù)；gn機(jī)架材料的強(qiáng)度極限；b機(jī)架材料的屈服極限。s在一般情況下，材料的強(qiáng)度極限與屈服極限的比值近似為 2，為了安全起見(jiàn)，可將機(jī)架安全系數(shù)取為：gjnn)5 . 22(當(dāng)軋輥安全系數(shù)取為 5 時(shí)，機(jī)架的安全系數(shù)為 1012.5。gnjn4、機(jī)架強(qiáng)度和變形計(jì)算軋鋼機(jī)機(jī)架強(qiáng)度和變形的計(jì)算，一般可采用如下步驟：（1）將機(jī)架結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)化成為平面剛架，可取出工作機(jī)架橫梁和立柱的軸線(xiàn)，把機(jī)架按長(zhǎng)方形框架處理。也可近似地處理成直線(xiàn)或規(guī)整的圓弧線(xiàn)斷，

11、并確定求解斷面的位置。（2）確定靜不定階數(shù)，如一般閉式機(jī)架是三次靜不定問(wèn)題，需作一系列假設(shè)來(lái)簡(jiǎn)化模型，降低靜不定階數(shù)。（3）確定外力的大小及作用點(diǎn)。（4）根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件，用材料力學(xué)中任一種方法（卡式定理，莫爾積分法，圖乘法，力法等）求解靜不定力和力矩。（5）根據(jù)計(jì)算截面的面積、慣性矩、中性軸線(xiàn)的位置及承載情況，求出應(yīng)力和變青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)5形。用材料力學(xué)方法計(jì)算時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，一般做以下假設(shè)：1）每片機(jī)架只在上下橫梁的中間端面處受有垂直力 R，而且這兩個(gè)力大小相等、方向相反，作用在同一直線(xiàn)上，即機(jī)架的外負(fù)荷是對(duì)稱(chēng)的。此時(shí)，機(jī)架沒(méi)有傾翻力矩，機(jī)架底腳不受力。應(yīng)該指出，

12、由于兩個(gè)軋輥直徑和速度的不同、軋制速度的變化和咬入時(shí)沖擊引起的慣性力，或在張力軋制時(shí)，軋制力方向都不是垂直的。由于水平分力的數(shù)值一般都較小，約為垂直分力的 3%4%，故可以忽略不計(jì)。只有當(dāng)水平分力較大時(shí)（例如，超過(guò)垂直分力的 15%） ，則應(yīng)考慮水平分力的影響。2）機(jī)架結(jié)構(gòu)對(duì)窗口的垂直中心線(xiàn)是對(duì)稱(chēng)的，而且不考慮由于上下橫梁慣性矩不同所引起的水平內(nèi)力。3）上下橫梁和立柱交界處（轉(zhuǎn)角處）是剛性的（一般機(jī)架轉(zhuǎn)角處的剛性都是比較大的） ，即機(jī)架變形后，機(jī)架轉(zhuǎn)角仍保持不變。將機(jī)架及其受力狀態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)化并畫(huà)彎矩圖，如圖 3-13、圖 3-14； （a）對(duì)稱(chēng)力系 （b）不對(duì)稱(chēng)力系 （c）對(duì)稱(chēng)受力機(jī)架內(nèi)力（d）

13、不對(duì)稱(chēng)受力機(jī)架內(nèi)力圖 3-13 機(jī)架的受力狀態(tài)圖 3-14 機(jī)架受力彎矩圖青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)6KNKNKNPR57812.578224.11562靜不定力矩 （3-13）3322113322111122444IlIlIlIlIlIlRlM式中：機(jī)架橫梁的中性線(xiàn)長(zhǎng)度；1l機(jī)架立柱的中性線(xiàn)長(zhǎng)度；2l機(jī)架上橫梁的斷面慣性矩；1I機(jī)架立柱的斷面慣性矩；2I機(jī)架下橫梁的斷面慣性矩。3I假設(shè)上下衡量慣性矩相同，即時(shí)，則力矩為：13II1M （3-14） 221122111124IlIlIlIlRlM其中：（矩形截面 ）123bhI 39413280 5002.92 1012IImm3

14、942280 3701.18 1012Imm則 mm74.1291971018. 126451092. 29551018. 126451092. 22955495557899991KNM立柱上的彎矩mmKNMRlM76.879974.12919749555784112由上可知，減小立柱的慣性矩和增加橫梁的慣性矩可以部分地減少立柱中的2I1I青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)7彎矩，這對(duì)于減輕窄而高的機(jī)架重量是有利的。2M危險(xiǎn)截面應(yīng)力：（）62bhw 上下橫梁最大彎曲應(yīng)力：222111/12. 1/011. 0500628074.129197mmkgmmKNWM立柱的拉彎應(yīng)力：222222

15、mm/kg43. 0mm/0042. 0370628076.879910360025782KNWMFR對(duì)于機(jī)架，安全系數(shù)一般不小于 10。而對(duì)于 ZG270500，橫梁的許用應(yīng)力，立柱的許用應(yīng)力 215 7/kg mm。、故機(jī)架強(qiáng)度足夠。 224 5/kg mm 11 225、機(jī)架變形計(jì)算機(jī)架在垂直方向的變形是由橫梁變形和立柱拉伸變形兩部分組成的，由于橫梁3f的端面尺寸較橫梁的長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)是較大的，所以橫梁變形又包括由彎曲力矩所引起的3f變形和由切力引起的變形兩項(xiàng)。3f圖 3-15 機(jī)架橫梁的等效懸臂梁機(jī)架的彈性變形是由橫梁的彎曲和立柱的拉伸變形組成的。在計(jì)算橫梁的彎曲變形時(shí)，應(yīng)考慮橫向切力的影響

16、，即 （3-15）3333ffff式中：機(jī)架的彈性變形；3f青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)8由彎矩產(chǎn)生的橫梁彎曲變形；3f由切力產(chǎn)生的橫梁彎曲變形；3f由拉力產(chǎn)生的立柱拉伸變形。3f圖 3-16 是閉式機(jī)架的橫梁受力圖圖 3-16 閉式機(jī)架的橫梁受力根據(jù)卡氏定理，由彎矩產(chǎn)生的兩個(gè)橫梁的彎曲變形為： (3-16)211231()244lRlMfEI式中：E機(jī)架材料的彈性模數(shù)，；62.1 10EMPa橫梁的慣性矩；1I橫梁中性軸的長(zhǎng)度；1lR橫梁上的作用力，對(duì)于軋鋼機(jī)，一般 R 為軋制力的一半，即；2PR 機(jī)架立柱中的力矩。2M所以 mmmmf593231081. 5)476.87992

17、4280578(1092. 2101 . 2280 (3-17)1312RlfKGF式中：G機(jī)架材料的剪切彈性模數(shù)，取；48.1 10GMPa橫梁的端面面積；1FK橫梁的端面形狀系數(shù)，對(duì)于矩形端面，系數(shù) K 為 1.2。青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)9所以 mmmmf33105 . 8)500280(8122805782 . 1 (3-18)2322RlfEF式中，立柱中性軸的長(zhǎng)度；2l立柱的端面面積。2F所以 mmf431072. 3103600101 . 22280578 機(jī)架的彈性變形mmf0089. 01076. 3105 . 81081. 54353而對(duì)于鋼板軋機(jī)，機(jī)架的允

18、許變形為 0.40.5mm（冷軋機(jī)） ，故機(jī)架剛度滿(mǎn)足 3f要求。6、機(jī)架的傾翻力矩計(jì)算在軋制過(guò)程中，工作機(jī)架的傾翻力矩通常由兩部分組成，即 (3-19)QdhMMM式中：機(jī)架總傾翻力矩；QM傳動(dòng)系統(tǒng)加于機(jī)架上的傾翻力矩（在正常軋制情況下 =0） ；dMdM水平力引起的傾翻力矩。hM如圖 3-17 所示，水平力 Q 引起的傾翻力矩為 (3-20)ck QM圖 3-17 水平力 Q 引起的傾翻力矩青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)10式中：c軋制中心線(xiàn)至軋制機(jī)座的距離。由軋制速度的變化使軋件產(chǎn)生的慣性力，前、后張力差，以及在穿孔機(jī)上頂桿的作用力，都會(huì)在軋件上作用水平力。在一般情況下，水平力

19、 Q 是隨著各種軋制工藝條件的改變而變化的，其最大值可按下式計(jì)算 (3-21)max2RMQD故 (3-22)max2RhMMcD式中：工作輥傳動(dòng)支承輥的力矩；RMD軋輥直徑。則 。mmNMMkQ73max101 . 111351901092527、支座反力及地腳螺栓的強(qiáng)度計(jì)算（1）支座反力的計(jì)算由圖 3-17 可知，在傾翻力矩的作用下，工作機(jī)座的兩個(gè)機(jī)架力圖從兩邊支座中的一個(gè)離開(kāi)。這時(shí)，固定機(jī)架與軌座以及軌座與地基的螺栓顯然承受拉緊力，其值1R可按下式確定 (3-23)12QMGRb式中：b支座間的距離；G工作機(jī)座的重量。則 NR278342690001650101 . 171即由于機(jī)架重量

20、較大不會(huì)發(fā)生由水平力引起的傾翻現(xiàn)象。應(yīng)該注意：為保證機(jī)架地腳與軌座的配合表面始終不被分開(kāi)，故對(duì)地腳螺栓的預(yù)擰緊力必須大于。一般為保險(xiǎn)起見(jiàn)應(yīng)取地腳螺栓總預(yù)緊力為：1RyR1)4 . 12 . 1 (RRy（2）地腳螺栓的強(qiáng)度計(jì)算首先按經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)選螺栓直徑 d。當(dāng)軋輥直徑 D500mm 時(shí)青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)11 (3-24)0.0810dD則 0.08 500 1050dmm查表取 d=76mm，然后按強(qiáng)度條件對(duì)地腳螺栓進(jìn)行校驗(yàn)。 (3-25)1214 Rn d式中：地腳螺栓的最大拉力，取,令1R11)4 . 22 . 2(RR 113 . 2 RR 地腳螺栓的螺紋內(nèi)徑，mm

21、；1d地腳螺栓的許用應(yīng)力，通常取=(7080)MPa (Q215、Q235 鍛鋼)。代入數(shù)據(jù)得：37. 311014. 32278343 . 242MPa故地腳螺栓強(qiáng)度符合要求。8、用有限單元法計(jì)算機(jī)架的應(yīng)力和變形過(guò)去機(jī)架的設(shè)計(jì)，基本上按材料力學(xué)中的能量法來(lái)確定機(jī)架中的應(yīng)力和變形，按靜強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，取安全系數(shù)一般不小于 812。給這樣高的安全系數(shù)，也仍不能保證機(jī)架可靠的工作，有時(shí)照樣出現(xiàn)突眼破壞。其原因，除了制造工藝上存在缺陷等情況外，也反映出計(jì)算方法不精確，沒(méi)有找到機(jī)架的實(shí)際應(yīng)力分布規(guī)律和薄弱部位。例如，對(duì)機(jī)架中轉(zhuǎn)角、帶孔等位置，受載后存在著嚴(yán)重的應(yīng)力集中，用材料力學(xué)的辦法就求不出這些應(yīng)力集中

22、的數(shù)值，實(shí)際中就往往在這些地方產(chǎn)生斷裂，因此研究新的精確的方法來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算軋鋼機(jī)機(jī)架是十分必要的。有限單元法是根據(jù)變分原理求解數(shù)學(xué)、物理問(wèn)題的一種數(shù)值解法。也在結(jié)構(gòu)和連續(xù)力學(xué)中的應(yīng)用，近年來(lái)在我國(guó)已獲得廣泛的重視和推廣。凡是重要的和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)架，在設(shè)計(jì)時(shí)都采用彈性力學(xué)有限單元法進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)檫@種方法計(jì)算結(jié)果精確，又不受機(jī)架復(fù)雜程度的影響。應(yīng)用有限單元法時(shí)，可將機(jī)架簡(jiǎn)化成二維或三維應(yīng)力分析問(wèn)題，將彈性連續(xù)體（機(jī)架）離散為有限個(gè)單元組成的集合體，再按照結(jié)構(gòu)矩陣分析法或位移法來(lái)求解。由于通常計(jì)算工作量都很大，所以采用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，一般都可以取得滿(mǎn)意的結(jié)果。此次分析采用的是 Solidworks

23、 軟件的Simulation 功能。Simulation 是Solidworks 家族最熱銷(xiāo)的分析解決方案，尤其適合于那些有分析需求但是缺乏相關(guān)有限元專(zhuān)業(yè)知識(shí)的青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)12工程師們的需要。Simulation 集功能強(qiáng)大、計(jì)算精確和簡(jiǎn)單好用三大特點(diǎn)為一身，能夠讓工程師們?cè)谝惶熘畠?nèi)開(kāi)始設(shè)計(jì)分析，并且迅速得到分析結(jié)果。Simulation 能夠提供廣泛的分析工具去檢驗(yàn)和分析復(fù)雜零件和裝配，它能夠進(jìn)行應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、變形分析、熱分析、設(shè)計(jì)分析、線(xiàn)性和非線(xiàn)性分析。使用 Simulation，工程師可以最大限度的縮短設(shè)計(jì)周期，降低測(cè)試成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加大利潤(rùn)空間。

24、（1）材料：ZG270500 屬性如下：彈性模量2e+011N/2m泊松比0.32NA抗剪模量7.6e+010N/2m質(zhì)量密度7800Kg/3m張力強(qiáng)度4.8255e+008N/2m屈服強(qiáng)度2.4817e+008N/2m熱擴(kuò)張系數(shù)1.2e-005/Kelvin熱導(dǎo)率30W/(m.k)比熱500J/(kg.k)表 3-1 材料屬性（2）網(wǎng)格屬性為了能用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法解決彈性力學(xué)上的問(wèn)題，我們可以把一個(gè)連續(xù)彈性體的軋鋼機(jī)機(jī)架變換成一個(gè)離散的結(jié)構(gòu)物，它由有限個(gè)單元體并由其結(jié)點(diǎn)相互聯(lián)系組成。圖 3-18 機(jī)架網(wǎng)格劃分青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)13單元體得根據(jù)計(jì)算精度要求及計(jì)算機(jī)的容量大小

25、來(lái)決定。根據(jù)軋鋼機(jī)機(jī)架的特點(diǎn)，對(duì)壓下螺母孔周?chē)跋聶M梁中間斷面，因是機(jī)架的重要部位，單元應(yīng)劃分得小一些。機(jī)架的轉(zhuǎn)角及帶孔部位，由于應(yīng)力變化劇烈，所以這些地方單元也應(yīng)劃分得小一些。經(jīng)驗(yàn)指出，應(yīng)當(dāng)盡可能使每個(gè)單元各邊的長(zhǎng)度接近相等，至少不應(yīng)使邊長(zhǎng)相差過(guò)大。如果某單元最大與最小邊長(zhǎng)之比達(dá) 3：1 或更大，則在該單元附近，應(yīng)力和位移的真實(shí)狀態(tài)將不能在計(jì)算結(jié)果中正確的反映出來(lái)（除非在該單元附近，應(yīng)力和位移的實(shí)際變化是很平緩的） 。（3）載荷和約束信息對(duì)平面問(wèn)題，最簡(jiǎn)單、最常用的是三角形單元，所有的單元體都取為鉸接。在某些節(jié)點(diǎn)其位移或其一個(gè)分量可以不計(jì)之處，就在這些結(jié)點(diǎn)上安置固定鉸支座（邊界條件） ，每一

26、個(gè)單元所受的載荷，都按靜力等效的原則移置到結(jié)點(diǎn)上，成為結(jié)點(diǎn)載荷。如圖 3-17。在確定軋鋼機(jī)機(jī)架有限單元法計(jì)算時(shí)，考慮到機(jī)架結(jié)構(gòu)及受力的對(duì)稱(chēng)性，以機(jī)架中心線(xiàn)為準(zhǔn)取機(jī)架的一半作為計(jì)算單位。根據(jù)軋機(jī)的軋制負(fù)荷，我們選取總軋制力 1156.24KN 作為外載荷，即每個(gè)牌坊承受 578.12KN 的垂直載荷，按靜力等效原則將半個(gè)牌坊承受的 289.02KN 的載荷移置到載荷面上。（4）結(jié)果Solid Works Simulation 設(shè)計(jì)分析結(jié)果基于線(xiàn)性靜態(tài)分析，且材料設(shè)想為同象性。線(xiàn)性靜態(tài)分析設(shè)想：1)材料行為為線(xiàn)性，與胡克定律相符；2)誘導(dǎo)位移很小以致由于載荷可忽略剛性變化；3)載荷緩慢應(yīng)用以便忽

27、略動(dòng)態(tài)效果。青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)14圖 3-19 有限單元法計(jì)算得出機(jī)架的應(yīng)力分布圖圖 3-20 有限單元法計(jì)算得出機(jī)架的變形分布圖材料力學(xué)計(jì)算方法和有限元分析結(jié)果的比較：從圖 3-19 可以看出，上下橫梁最大應(yīng)力處的相對(duì)誤差為：%2 .224 .142 .11-4 .14從附錄 3 圖中查出并計(jì)算，機(jī)架立柱最大的拉彎應(yīng)力的相對(duì)誤差為：%7 .407 . 26 . 1-7 . 2通過(guò)以上分析可以看出，有限單元法用來(lái)計(jì)算軋鋼機(jī)機(jī)架的應(yīng)力和變形，其結(jié)果比材料力學(xué)方法精確。能夠比較符合實(shí)際地找出機(jī)架的各個(gè)部位的應(yīng)力分布規(guī)律，能在機(jī)架應(yīng)力急劇變化的地方求出靜力作用下的應(yīng)力集中系數(shù)。

28、因此在新軋機(jī)的設(shè)計(jì)中，可應(yīng)用這種方法，使用計(jì)算機(jī)對(duì)幾個(gè)方案迅速算出他們的應(yīng)力和位移，進(jìn)行對(duì)比分析，從中找出最佳結(jié)構(gòu)方案。在舊軋機(jī)的改造中，通過(guò)此法對(duì)軋機(jī)機(jī)架應(yīng)力和剛度進(jìn)行分析的結(jié)果，可以校核其潛力和找出薄弱部位，便于提高生產(chǎn)和防止事故。同時(shí)應(yīng)用有限單元法進(jìn)行應(yīng)力分析還可以改變過(guò)去那種盲目加大安全系數(shù)、造成結(jié)構(gòu)笨重、浪費(fèi)青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)15金屬材料的不良現(xiàn)象。因此我們認(rèn)為在冶金機(jī)械的設(shè)計(jì)計(jì)算中，有限單元法是有很大推廣意義的。結(jié)論結(jié)論軋鋼機(jī)俗稱(chēng)“牌坊” ，是軋鋼生產(chǎn)的主要機(jī)械設(shè)備，鋼鐵及有色金屬的 90%要通過(guò)軋機(jī)軋制成材，因此，軋機(jī)的裝備水平，對(duì)冶金的生產(chǎn)有著直接的影響。

29、軋機(jī)是最終承載載荷并且是要永久使用的部件,機(jī)架是軋機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中最重、最大的部分。大型機(jī)架由于其體積龐大,通常整體鑄造成形,而后對(duì)窗口部分進(jìn)行機(jī)械加工的方法成形,鑄造成形是大型軋機(jī)機(jī)架生產(chǎn)過(guò)程中最基礎(chǔ)和最重要的工序。由兩片“牌坊”組成以安裝軋輥軸承座和軋輥調(diào)整裝置 ，需有足夠的強(qiáng)度和鋼度承受軋制力。經(jīng)過(guò)六百多年的發(fā)展，現(xiàn)在軋機(jī)發(fā)展的趨向是自動(dòng)化、連續(xù)化、專(zhuān)業(yè)化、產(chǎn)品質(zhì)量高、消耗低，其中高新技術(shù)的應(yīng)用是軋鋼生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的顯著特征。近幾十年以來(lái)，軋鋼生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，在板帶材生產(chǎn)發(fā)面，板厚和板型控制技術(shù)已趨于成熟。軋鋼的內(nèi)涵已經(jīng)突破了原有的界限，顯著的向著上、下工序拓展。為滿(mǎn)足青島理工

30、大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)16最終產(chǎn)品質(zhì)量的要求，上、下游工序的要求對(duì)軋鋼生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展及工藝規(guī)程的規(guī)定也起著越來(lái)越明顯的作用。本次設(shè)計(jì)的題目是四輥冷軋機(jī)軋鋼機(jī)機(jī)架。技術(shù)參數(shù)要求190/ 500 450mm是：1、軋制材料：25Cr2MoVA；2、原料規(guī)格：軋制帶寬 200；mm3、軋制規(guī)程：，即軋機(jī)會(huì)將板帶由 3.1mm 厚3.12.752.42.01.81.4軋制成 1.4mm 厚；4、軋制速度 2m/s。在設(shè)計(jì)中，主要計(jì)算了軋制力、驅(qū)動(dòng)力矩、軋機(jī)主電動(dòng)機(jī)功率、機(jī)架靜強(qiáng)度、剛度和有限元分析等，并完成了機(jī)架的材料及結(jié)構(gòu)型式、軋機(jī)主電動(dòng)機(jī)、軋輥軸承部分的確定。在計(jì)算時(shí)，主要參考了由鄒家祥

31、主編的軋鋼機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論 、黃華清主編的軋鋼機(jī)械和由劉寶珩主編的軋鋼機(jī)械設(shè)備等書(shū)籍。在對(duì)其它系統(tǒng)進(jìn)行了分析及設(shè)計(jì)后，最終確定設(shè)計(jì)方案為：不可逆工作制度，電機(jī)驅(qū)動(dòng)支撐輥，工作輥軸承選用雙列滾針軸承，支承輥軸承選用四列圓柱滾子軸承，壓下裝置為電動(dòng)壓下，上輥為單缸平衡，輥型調(diào)整采用液壓壓下彎輥，直流電動(dòng)機(jī)。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 劉寶衍.軋鋼機(jī)械設(shè)備M.北京:冶金工業(yè)出版社,1984.6.2 冶金工業(yè)部有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院.板帶車(chē)間機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)（上）M.北京:冶金工業(yè)出版社,1983.3.3 黃華清.軋鋼機(jī)械M.北京:冶金工業(yè)出版社,1980.12.4 王海文.軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1

32、983.6.5 鄒家祥.軋鋼機(jī)械M.北京:冶金工業(yè)出版社,2000.2. 6 王廷溥.軋鋼工藝學(xué)M.北京:冶金工業(yè)出版社,1981.7.7 鄒家祥.軋鋼機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論M.北京:冶金工業(yè)出版社,1991.5.9 張永茂.AutoCAD 2002 機(jī)械工程師使用指南M.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2002.9.青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)1710 袁康.軋鋼車(chē)間設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1986.10.11 陳于萍,周兆元.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.10.12 劉鴻文.材料力學(xué)M.北京:高等教育出版社,2004.1.13 濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版

33、）M.北京:高等教育出版社,2006.5.14 0JMSmith,Closed control of 1oops with dead time,ChemEngProg53(1957),P217.15 DSbarbaroHofer,DNeumerkel,and KHunt,Neural control of a steel rolling 附件附件 1軋鋼機(jī)機(jī)架剛度和強(qiáng)度的有限元分析軋鋼機(jī)機(jī)架剛度和強(qiáng)度的有限元分析崔立新 張家泉 陳素瓊 趙強(qiáng)(北京科技大學(xué)) (寶鋼集團(tuán))摘要摘要軋機(jī)機(jī)架載荷條件和結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜，借助大型有限元結(jié)構(gòu)分析軟件MSCMARC。利用有限元分析的手段，對(duì)軋機(jī)機(jī)架進(jìn)行了彈

34、性力學(xué)結(jié)構(gòu)分析，得出了在軋鋼載荷下，其變形情 況與應(yīng)力分布等詳細(xì)、直觀的分析結(jié)果，彌補(bǔ)了常用材料力學(xué)簡(jiǎn)支梁簡(jiǎn)化模型分析的不足。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：有限單元法；軋機(jī)機(jī)架；強(qiáng)度分析1 前言前言軋機(jī)是軋鋼車(chē)間的核心設(shè)備，軋機(jī)機(jī)架作為軋鋼機(jī)的重要部件，是軋鋼機(jī)中一個(gè)主要的非更換的永久性零件。其結(jié)構(gòu)、受力狀況及使用工況都比較復(fù)雜。軋機(jī)機(jī)架的變形、剛度和強(qiáng)度直接影響到軋機(jī)的工作安全性和所軋制產(chǎn)品的尺寸規(guī)格與精度。因此，對(duì)軋機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的剛度特性計(jì)算和分析具有重要的實(shí)際意義。另一方面，在軋機(jī)設(shè)計(jì)階段，除要確保其使用過(guò)程的安全性和合理壽命外，還要考慮到制造工藝的簡(jiǎn)化青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)18和設(shè)備成

35、本的降低。為此，在滿(mǎn)足軋鋼生產(chǎn)工藝要求、保證生產(chǎn)可靠性的前提下，應(yīng)該盡量簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)以降低軋機(jī)的制造成本。有鑒于此，如何合理可靠地計(jì)算其強(qiáng)度和剛度是軋機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)時(shí)必須加以解決的重要問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)，機(jī)架力學(xué)分析的主要方法是基于材料力學(xué)的簡(jiǎn)支梁簡(jiǎn)化模型。該方法物理意義明確，能夠揭示機(jī)架的總體變形趨勢(shì)(如撓度)，但不能獲得其受力與變形的細(xì)節(jié)。隨著各種新式軋機(jī)的不斷出現(xiàn)，這種傳統(tǒng)力學(xué)分析方法已不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)人員對(duì)分析機(jī)架應(yīng)力分布與變形細(xì)節(jié)日益提高的精確化要求。為此，基于連續(xù)介質(zhì)有限元法的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)分析技術(shù)在機(jī)架分析中日益受到重視。本文基于大型結(jié)構(gòu)分析有限元軟件 MSC.MARC，對(duì)一種閉式軋機(jī)機(jī)架進(jìn)

36、行了彈性力學(xué)結(jié)構(gòu)分析，得出了其在軋鋼過(guò)程中的變形、應(yīng)力分布等詳細(xì)直觀的計(jì)算結(jié)果，為軋機(jī)剛度與強(qiáng)度的設(shè)計(jì)與工程分析提供了科學(xué)依據(jù)。2 閉式機(jī)架結(jié)構(gòu)及載荷分布特點(diǎn)閉式機(jī)架結(jié)構(gòu)及載荷分布特點(diǎn)按結(jié)構(gòu)不同，機(jī)架可分為閉式機(jī)架及開(kāi)式機(jī)架兩大類(lèi)。閉式機(jī)架可承受較大的軋制壓力，變形很小，具有較大的強(qiáng)度和剛度等優(yōu)點(diǎn)，因而可滿(mǎn)足產(chǎn)品尺寸精度的要求，在板坯軋機(jī)、板帶軋機(jī)以及線(xiàn)材和棒材軋機(jī)得到廣泛應(yīng)用。按加工及運(yùn)輸條件的不同，機(jī)架牌坊有整體式和組合式兩種。其中整體閉式鑄造機(jī)架應(yīng)用得最為廣泛。本計(jì)算結(jié)構(gòu)體是一個(gè)整體閉式板帶軋機(jī)機(jī)架。其實(shí)際厚度和受力分布都存在一定的不均勻性；此外，軋制過(guò)程中機(jī)架還可能承受橫向力的作用。為

37、了簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)其幾何結(jié)構(gòu)作了適當(dāng)簡(jiǎn)化，如圖 1 所示。即：不計(jì)其厚度差異以及受力在厚度方向的不均勻性，按平面應(yīng)力問(wèn)題處理；不計(jì)橫向受力，只考慮軋制力，并將其看成作用于對(duì)稱(chēng)軸附近的局部分布載荷。青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)19圖 1 板帶軋機(jī)閉式機(jī)架示意圖3 有限元分析有限元分析3.13.1 有限元模型的建立及模型載荷的處理有限元模型的建立及模型載荷的處理利用大型通用的有限元結(jié)構(gòu)分析軟件 MSCMARC，根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸，并充分利用結(jié)構(gòu)和受力的對(duì)稱(chēng)性，取軋機(jī)機(jī)架的 1/2 作為計(jì)算域，如圖 2 所示。為保證其與原結(jié)構(gòu)的力學(xué)條件的同一性，在對(duì)稱(chēng)面法線(xiàn)方向上施加固定零位移。采用彈性力學(xué)

38、平面應(yīng)力分析方案，并用四邊形單元進(jìn)行離散。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和計(jì)算精度的要求，采用不均勻網(wǎng)格剖分方法對(duì)計(jì)算域進(jìn)行幾何模擬，最后得到的有限元模型單元總數(shù)為 275 個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為 336 個(gè)。如圖 3 所示邊界條件的定義包括約束條件和分布載荷：在對(duì)稱(chēng)軸上各點(diǎn)水平方向的位移為零；在上螺絲的部位，垂直方向的位移為零；在對(duì)稱(chēng)軸附近受分布載荷，其中取軋制力 P=1000N9.8106N，作用面積為 0.40.7=0.28，從2m而可得分布應(yīng)力載荷應(yīng)為 3.5107Pa。其中機(jī)架材料(鑄鋼)的彈性常數(shù)取值如下：彈性模量 E=2.061011Pa泊松比 y=0.3建立好結(jié)構(gòu)的有限元模型后，利用 MARC 前處理界

39、面進(jìn)行相應(yīng)節(jié)點(diǎn)、單元和有關(guān)材料參數(shù)的定義工作。青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)20 圖 2 軋機(jī)機(jī)架的計(jì)算區(qū)域簡(jiǎn)圖 圖 3 機(jī)架計(jì)算域有限元離散網(wǎng)格值得注意的是，根據(jù)有限元分析原理和 MARC 軟件的有關(guān)約定，在模型的前處理階段遵守了以下原則：(1)模型不規(guī)則區(qū)域若采用手工添加單元，單元的各節(jié)點(diǎn)必須逆時(shí)針編號(hào)，為保證面積為正。(2)應(yīng)使每個(gè)單元的四條邊長(zhǎng)度不要相差太大，避免單元畸變。(3)由于構(gòu)件受有集中突變的局部分布載荷(如上下橫粱處)，所以應(yīng)將這種部位的單元取得細(xì)密一些，并在載荷突變處設(shè)有節(jié)點(diǎn)，以使應(yīng)力的突變得到一定程度的反映。(4)根據(jù)構(gòu)件不同部位受力和結(jié)構(gòu)的差異，相應(yīng)采用不同大

40、小的單元進(jìn)行非均勻化的網(wǎng)格剖分。比如，對(duì)于需要比較詳細(xì)了解應(yīng)力及位移的重要部位，單元應(yīng)當(dāng)劃分得小一些。網(wǎng)格密一些；對(duì)于次要部位，單元可大一些，網(wǎng)格稀一些。對(duì)于應(yīng)力和位移變化比較激烈的部位(譬如，在構(gòu)件具有凹槽的部位，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，即該處的應(yīng)力很大且變化激烈)，為了 正確反映此項(xiàng)應(yīng)力，必須把該處的單元?jiǎng)澐值暮苄。W(wǎng)格很密。相反，在應(yīng)力和位移較平緩的部位，單元可大一些?？傊?，有限元網(wǎng)格要做到疏密有致。(5)在網(wǎng)格中，任一單元的頂點(diǎn)，盡量同時(shí)也是相鄰單元的頂點(diǎn)。為此，在實(shí)際處理過(guò)程中。采用一定量的三角形單元，來(lái)實(shí)現(xiàn)與四邊形單元的銜接和過(guò)渡。(6)網(wǎng)格劃分完畢后(尤其是涉及手工添加單元操作的情況)，

41、應(yīng)注意進(jìn)行單元和結(jié)點(diǎn)的連續(xù)性檢查。保證最終結(jié)點(diǎn)編號(hào)不重、不漏、連續(xù)和相鄰單元的結(jié)點(diǎn)號(hào)差盡量小。以控制總體剛度矩陣大小，減小機(jī)器內(nèi)存占用量及計(jì)算時(shí)間。青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)213.23.2 有限元計(jì)算結(jié)果與分析有限元計(jì)算結(jié)果與分析采用彈性理論的平面應(yīng)力模型對(duì)上述軋機(jī)機(jī)架的有限元分析結(jié)果如圖 4圖 8 所示。通過(guò)分析，可以了解結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力分布的特點(diǎn)，揭示其中的薄弱環(huán)節(jié)，并為結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度分析提供依據(jù)。3.2.1 變形分析變形分析節(jié)點(diǎn)位移反映了構(gòu)件在受力前后各點(diǎn)位置發(fā)生的變化。圖 4圖 6 為軋機(jī)機(jī)架的變形圖，其中圖 4 為計(jì)算揭示的機(jī)架變形趨勢(shì)；從圖 5 和圖 6 可以看出，

42、在軋制過(guò)程中水平方向的變形較垂直方向的變形嚴(yán)重，其中最大變形發(fā)生在立柱中部。 圖 4 軋機(jī)機(jī)架的變形圖（放大 1000 倍） 圖 5 軋機(jī)機(jī)架水平的位移等值線(xiàn)圖 6 軋機(jī)機(jī)架垂直方向的位移等值線(xiàn)青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)223.2.1 應(yīng)力分析應(yīng)力分析有限單元法可求得軋機(jī)機(jī)架各個(gè)部位的各種應(yīng)力分布。其中圖 7 為機(jī)架外廓等效應(yīng)力及其相對(duì)大小分布(如內(nèi)外側(cè)的差異，其中圖中不同顏色代表不同的應(yīng)力大小)；由圖可見(jiàn)，機(jī)架內(nèi)側(cè)等效應(yīng)力高于外側(cè)。圖 8 為下橫梁典型斷面(對(duì)稱(chēng)面)上水平方向的應(yīng)力分布(圖中壓應(yīng)力記為負(fù)值)，其內(nèi)側(cè)水平壓應(yīng)力達(dá) 34.4MPa，而外側(cè)水平拉應(yīng)力為 21.1MPa

43、。圖 9 為下橫梁對(duì)稱(chēng)面上垂直方向的應(yīng)力分布，可見(jiàn)整個(gè)斷面在垂直方向承受壓應(yīng)力。圖 10 是機(jī)架整個(gè)斷面上的等效應(yīng)力分布圖。其中，等值線(xiàn)密集區(qū)域?yàn)閼?yīng)力集中和變化梯度較大的部位。由此可見(jiàn)，在當(dāng)前的計(jì)算軋制載荷下，機(jī)架立柱等應(yīng)力線(xiàn)基本上呈現(xiàn)為平行分布，應(yīng)力值由內(nèi)側(cè)向外側(cè)均勻的減小。而在下橫梁與立柱連接的圓角處，應(yīng)力等值線(xiàn)密集，表明應(yīng)力梯度變化大，當(dāng)?shù)赜写蟮膽?yīng)力集中，最大值發(fā)生在圓角中間偏上的位置，在不到 100mm 的范圍內(nèi)應(yīng)力值很大。因?yàn)閳A角附近是拉應(yīng)力區(qū)，對(duì)應(yīng)力集中敏感，因此改善圓角處的應(yīng)力集中 是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。3.2.1 機(jī)架強(qiáng)度與剛度分析機(jī)架強(qiáng)度與剛度分析考慮到當(dāng)軋輥斷裂時(shí)，機(jī)架尚不

44、應(yīng)發(fā)生塑性變形，機(jī)架的靜載安全系數(shù)一般取 10-15，對(duì)于軋機(jī)所采用的鑄鋼材料，其許用應(yīng)力為：對(duì)于橫梁 5-7Pa 710710對(duì)于立柱 4-5Pa 710710軋制力在 5.15MN 下，對(duì)于熱軋機(jī)的許用彈性變形一般取f30.61.0mm。由上有限元計(jì)算可知，橫梁處的最大應(yīng)力為 d=2.5856107Pa，立柱處的最大應(yīng)力為=1.85474pa?？梢?jiàn)均在許用應(yīng)力之內(nèi)，因而，在給定的軋制壓力下，機(jī)架max710的強(qiáng)度能夠滿(mǎn)足工作要求。對(duì)于機(jī)架的變形，如圖 4 所示，最大的變形發(fā)生在機(jī)架的立柱處，其值為0.38mm，小于許用彈性變形，因此，在給定的軋制壓力下，機(jī)架的剛度也能夠滿(mǎn)3f足工作要求。青

45、島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)23 圖 7 機(jī)架外輪廓等效應(yīng)力分布 圖 8 下橫梁縱向截面水平方向應(yīng)力分布 圖 9 下橫梁縱向截面垂直方向應(yīng)力分布 圖 10 機(jī)架等效應(yīng)力分布4 4 結(jié)論結(jié)論本文利用 MSC-MARC 建立了軋機(jī)機(jī)架的有限元彈性力學(xué)結(jié)構(gòu)分析途徑，并對(duì)一種閉式機(jī)架在工作載荷下的應(yīng)力與變形進(jìn)行了平面應(yīng)力分析。獲得了熱軋過(guò)程中的機(jī)架變形、位移及應(yīng)力場(chǎng)分布等詳細(xì)的定量數(shù)據(jù)，由此不僅揭示了機(jī)架結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，還為軋機(jī)剛度與強(qiáng)度設(shè)計(jì)及其工程分析提供了更為可靠的科學(xué)依據(jù)。5 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)l 朱伯芳.有限單元法原理與應(yīng)用北京:中國(guó)水利水電出版社,1998.2 鄒家祥,施東成軋鋼機(jī)械

46、理論與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)北京:冶金工業(yè)出版社，1993.青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)24附件附件 2Mill frame stiffness and strength of finite element analysisCui li xin Zhang jia quan （Ben jing science and technology university）Chen su qiong Zhao qiang （Bao gang group）Abstract：Mill stands are complicated in structure and loading conditionsWith t

47、he aid of MSCARC，the elastic structure analysis of a closed mill stand has been made under a working load，which the deformation and stress distribution of the stand the load are revealed in through upon sevens detailsKey words：FEM; mill stand; strength analysis1 PrefaceMill is the core equipment of

48、steel rolling workshop，the rolling mill frame as an important components，is a major not rolling mill permanent replacement parts. Its structure, the stress state and operating conditions are more complicated. Mill frame deformation, stiffness and strength directly affect the work safety and rolling

49、product specification and precision. Therefore, on the mill in accurate rigidity, calculation and analysis has important practical significance. On the other hand, in the design stage, except to ensure the safety of the use of process and the reasonable life outside, to consider manufacturing proces

50、s simplification and equipment cost reduction. Therefore, satisfying steel-rolling production 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)25requirement of process and ensure the production reliability premise, should try to simplify design to reduce mills manufacturing cost. In view of this, how to reasonably reliably calc

51、ulate its intensity and stiffness are rolling mill frame design must be addressed heaviest to problems.Long-term since, the main frame mechanics analysis method is based on the simplified model of the beam material mechanics. This method of physical meaning explicit, can reveal frames overall distor

52、tion trend (such as deflection), but cant get its stress and deformation details. With the new kinds of mill appear ceaselessly, this traditional mechanical analysis method to already cant meet the design personnel analysis frame stress distribution and deformation of the precision requirement incre

53、asing detail. Therefore, based on the continuum of the modern computer aided finite element method structure analysis technology in the frame analysis is valued. Based on the large-scale structure finite element software MSC. MARC, to a closed mill of elastic mechanics frame structure analysis, obta

54、ined the deformation in the rolling process, and should be force distribution and other detailed intuitive result of rolling mill stiffness and strength design and engineering analysis provides scientific basis.2 The frame structure and closed the load distribution characteristics According to the s

55、tructure is different, the frame can be divided into closed frame and open frame two kinds big. The closed frame may withstand the big rolling pressure, deformation is small, with greater intensity and rigidity etc, thus can meet the requirements, product precision in slab rolling mill, strip mill a

56、nd wire and bar mill widely used. According to the different processing and transportation conditions, frame arch has the whole asana and combined two kinds. Including whole most closed casting frame application widely.This calculation structures is a whole closed strip mill frame. The actual thickn

57、ess and the stress distribution have certain in homogeneity; In addition, in the process of rolling frame may also inherit lateral force. In order to simplify the calculation of its geometric structure, the simplified appropriate, as shown in figure 1 below. Namely: regardless of its thickness diffe

58、rence in thickness direction and stress, according to the in homogeneity of the plane stress dealing with problems; Regardless of the lateral stress, considering only rolling force, 青島理工大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)26and its effect on the axis of symmetry nearby as local distribution load.Figure1 Strip mill clos

59、ed frame diagram3 The finite element analysis3.1 Finite element model and model of treatment. LoadBased on the large general finite element analysis software MSC. MARC, according to the structure of the actual size, and make full use of structure and mechanical symmetry, take mill frame 1/2 of calcu

60、lation domain, as shown in figure 2. In order to ensure its and original structure of the mechanical condition of identity, in a symmetrical face normal direction of fixed zero displacement applied. Using elastic mechanics plane stress analysis method and discrete units of quadrilateral. According t