短应力线轧机轧辊的有限元计算及分析

图 10 轴向串动力作用下耦合模型的轴向位移
图 11 轴向串动力作用下轴承座的轴向位移
以轴承孔的中截面的轴向变形为评价标准，在不计轧制力对轴向位移的影响情况下，轧
机在轴向上的刚度系数为：
Cy=132000N/0.02616mm=5045.87kN/mm
3.3 纵向（z 向）刚度计算
纵向指沿轧件进给方向。轧件在轧制过程中，一方面在轧制力方向发生塑性变形，另一 方面往前进给。在与轧辊接触位置产生摩擦力，由摩擦力产生的力矩与轧制力矩平衡，同时
所示。
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图 12 进给力作用下的耦合模型 z 向变形分布
图 13 进给力作用下的轧辊轴线 z 向变形分布
轧机在进给方向上的刚度系数为：Cz=Fz/fz=4524.52kN/mm
4 结论
(1) 本文用经验公式和有限法分别计算了大型短应力线轧机的承载件和整机的刚度，因 而对优化轧机的各承载件（如辊系、拉杆）提供了参照。
3.1 径向刚度计算
径向刚度指在轧制力方向上产生单位变形所需轧制力的大小，径向刚度是影响辊缝的主 要表征指标[4]。通过分析计算得到的短应力线轧机的径向弯曲变形如图 4 所示，在轧制作 用下轧辊轴线的弯曲变形曲线如图 5 所示。
图 4 轧制力作用下的模型 x 向弯曲变形分布
图 5 轧制作用下轧辊轴线挠曲变形
由于短应力线轧机的轴承采用四列架圆柱滚子轴承，属于多物体的接触问题[9]。由 Hertz 接触理论得出：
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⎡ ⎢0.637 ⎢
⎡⎢⎣λ1
⎛ ⎝⎜
ln
2R1 b
+
0.407
⎞ ⎠⎟
+

算和 分析 是 十分必 要 的。
出了各种类 型 的短 应 力 线 轧 机 ， 然在 外 形 及 内部 虽
结构 略有 不 同， 其 功 能和 原 理基 本是 相 同的。 但 １９ ９ ７年 中冶 东 方 工 程技 术 有 限公 司承 担 了长 治 钢
１ 小 型棒 材 车 间基 本 工 艺 参 数
厂小 型全连 续棒 材 生产 线 的设 计 任 务 ， 生 产线 汲 该 取我 国现有 的各 棒 线 材 生 产线 之长 ， 根 据 厂方 的 并 实际 情 况 和 具体 要 求 设 计 而 成 ， 到 了 ２ 达 ０世 纪 ９ ０
年代 国际先 进水 平 。轧辊 及轴 承座是 轧机 的 主要承
ＤＯＵ ｉ ｎ— ｌｎ ＪＡ ｉ— ｌ ｇ Ｊａ ｉ ， Ｉ Ｈｕ ｉ ｎ （ ． ｅｉ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ａ ｄ Ｒ ｓａｃ ｏ ， ａ ｔｕ ０ ４ １ Ｎ ｉ ｎ ｇ ｌ Ｃ ｉａ； １ Ｂ ｒ ｎ ｉｅｒ ｎ ｅｅ ｒ Ｃ ｒ Ｂ ｏｏ １０ ０， ｅ ｇ ｏ ， ｈｎ ｓ ｎ ｈ ｐ． Ｍｏ ２ Ｉｎ ｒＭｏ ｇ ｌ ｎｖｒｉ ｃｅｃ ｎ ｅｈｏｏ ｙ， ａ ｔｕ ０ ４ １ Ｎｅ Ｍｏ ｇ ｏ ， ｈｎ ） ． ｎ ｎ ｏｉ Ｕ ｉ ｓ ｙｏ ｉ ｅａ Ｔｃｎ ｌｇ Ｂ ｏｏ １０ ０， ｉ ｎ ｇ ｌ Ｃ ｉ ｅ ａ ｅ ｔ ｆＳ ｎ ｄ ａ
机 的性 能 ， 而 影 响 产 品 的 精度 ， 章 参 照 实 际 轧 制 规 程 ， 有 限元 理 论 结 合 使 用 Ａ Ｓ Ｓ 限元 分 析 软 件 计 算 出轧 进 文 用 ＮＹ 有 辊 在 最 大 轧 制 压 力 下 产 生 的应 力 及 变 形 ， 终 验证 了其 承 载 能力 及 弹性 变 形 均 在 允 许 的 范 围 以 内 。 最 关键词 ： 短应 力 线 轧 机 ； 度 ； 限元 ； 力 刚 有 应

轧机的刚度仅是提高轧件精度的条件之一，轧辊的运 转稳定，加工精度和装配精度也是保证轧件精度的主要方 面。譬如要求轧件精度为 ± 0． 2mm，那么轧机调整时调整 机构的可读调整量不应大于 0． 05mm，轧辊偏心等也不应 超过这个范围，并且轧辊的轴向窜动、径向跳动也都不能 大于此 值，否 则 累 计 误 差 太 大，将 会 严 重 影 响 轧 件 的 精度［3］。 2) 在装配中，要使各接触面接触良好，消除间隙;
( 3) 增强薄弱零件，减少变形，并尽量减少变形零件
数量。
3) 对于公司的新型短应力线轧机，主要采取了以下
措施:
( 1) 增大短应力线轧机支撑块的刚度，并提高支撑块
与轧机底座的连接强度。
( 2) 如图 4 中所示，通过调整件 6( 调整垫片) 的厚度，
参考文献 ［1］钟廷珍． 短应力线轧机的理论与实践( 第 2 版) ［M］．
北京: 冶金工业出版社，1999 ［2］窦剑琳． 短应力线轧机主要承载件的设计及有限元分
析［D］． 北京工业大学硕士学位论文，2007 ［3］乔德庸，李曼云等． 高速轧机线材生产［M］． 北京: 冶
金工业出版社，1995
檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱
长材短应力线轧机控制轧件精度不像板带轧机有前 馈、后馈修正，改变压下，改变张力等控制手段。长材轧机 没有这些手段，只能靠轧机的基本精度保证，靠系统的无 张、微张和控温消除或降低有害的影响，通过设法保证轧 件精度，保证工艺稳定来实现自动化控制。
因此，在进行短应力线轧机设计时，要从多方面、多角 度考虑如何提高轧机本身的精度，从而保证轧件的精度。
此外轧辊的弹跳对轧机的径向刚度影响也是一个至
关重要的因素，德国施罗曼公司研究表明，随着辊身长度

共有六架轧机 ,平立交替布置 ,立式轧机与水平
轧机的本体一样 ,都采取了短的应力回线结构 ,
其结构如图 1所示 。
轧辊是轧机的主要承载 件 , 在轧制 力作 用
下 ,会产生弹性变形 ,其强度高低直接影响钢材
的质量及产量 。一般说来 ,小型型钢轧机采用半
硬面或硬面轧辊 (HB250～600) ,该车间轧辊材料
ABSTRACT Based on boundary constraint of the roller, the simp lified finite element model is established. The stress at rolling point is calculated in three working conditions. The m inimum safety factor of the roller is ob2 tained. The analysis show s the fatigue fracture may take p lace in about 39mm transitional zone from the roller. The result has p ractically guiding meaning to site p roduction and future design.
该区段上的von2mises应力分布如图4在下端轮廓线处取路径其上应力值分布如曲线图320轧机轧辊强度有限元分析2008年由于温度低轧制力曲线有一个较明显的上跳变大整个轧制力曲线也随着温度曲线的趋势出现1带钢过程信息带钢过程参数信息范围轧制力f7035000knf7040mm活套张力f601568kn轧制速度f7018m入口温度ft06001400卷曲温度5001100终轧温度5001100成品厚度020mm5带钢温度曲线温度低轧制力大的走势

短应力线轧机机械结构分析何永清【摘要】分析了短应力线轧机的机械结构特点.【期刊名称】《现代冶金》【年(卷),期】2012(040)004【总页数】3页(P4-6)【关键词】短应力线轧机;轧机机芯;轴向定位;减速齿轮箱【作者】何永清【作者单位】宝钢苏冶重工有限公司,江苏苏州215151【正文语种】中文【中图分类】TG333.6+2引言短应力线轧机又称高刚度轧机、红圈轧机。

作为二辊热轧机,其舍弃了沿用轧机上部压下轴承座的二侧牌坊式机架结构,改为二侧各用二根正反旋向的螺杆拉紧上、下轴承座的结构,在保证轧机足够刚度的前提下,取消了二侧牌坊,使整机结构更为简捷,同时在此基础上实现了轧制线恒定、轧辊离线更换等高速、连续轧制的要求。

短应力线轧机由驱动部分和轧机部分组成,统称为轧机机列。

驱动部分包含调速电机和底座、联轴器和减速齿轮箱。

轧机部分包含轧机底座、接轴和接轴托架、轧机机芯和辊缝调节装置(俗称“压下装置”)。

驱动部分和轧机部分的安装连接形式稍作变化可形成立式和水平二种轧制方式,增加回转架即可实现立式和水平二种轧制方式的转换,成为平立转换轧机。

1 拉杆、螺母与其间隙消除结构拉杆、螺母与其间隙消除结构的主要功能是减小轧制中进、出钢时的弹跳现象。

目前常见的结构有液压缸撑开上下轴承座,同时消除拉杆螺母间隙;弹性阻尼体撑开上下轴承座,同时消除拉杆螺母间隙;碟簧撑开拉杆的主辅螺母消除间隙,同时撑开上下轴承座;弹簧(弹性阻尼体)压紧拉杆的主辅螺母消除间隙,同时撑开上下轴承座等 4种。

1.1 液压缸撑开方式液压缸撑开方式如图 1所示,拉杆受到较大预拉应力,轧辊辊面直径变化时撑开力保持不变。

但在轧制时拉杆的拉应力因之叠加,提高了对拉杆的刚度要求。

液压缸撑开方式的主要缺陷是由于使用状况恶劣造成的泄漏、失效。

图1 液压缸撑开方式示意图1.2 弹性阻尼体撑开方式弹性阻尼体撑开方式如图 2所示,消除了使用液压缸撑开方式产生的泄漏、失效现象。

毕业设计题目： 4辊轧机轧制系统设计及有限元分析学院：专业：班级：学号：学生姓名：导师姓名：完成日期：目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 研发背景及意义 (1)1.3 4辊轧机轧制系统基本设计思路 (2)1.3.1 4辊轧机的功能 (2)1.3.2 4辊轧机轧制系统结构的基本设计思路 (2)1.4 课题的研究内容 (3)第2章轧制系统结构设计 (4)2.1 引言 (4)2.2 轧辊环的设计计算 (4)2.2.1 轧辊环材料的选择 (4)2.2.2 轧辊环基本参数的确定 (4)2.3 电动机的选择 (6)2.3.1 选择电动机的类型及结构形式 (6)2.3.2 轧制压力的计算 (7)2.3.3 轧制总力矩的计算 (8)2.3.4 电机转速的确定 (11)2.3.5 电机功率的确定 (11)2.3.6 电动机型号的确定 (12)2.3.7 传动各级轴的基本参数确定 (12)2.4 轧辊轴的计算 (13)2.4.1 估算轴的最小直径 (13)2.4.2 确定轴的各段直径 (14)2.4.3 轴的校核 (15)2.5 轧辊轴上轴承的确定 (15)2.6 带传动的设计计算 (15)2.6.1 确定计算功率 (16)2.6.2 选择带型 (17)2.6.3 确定带轮的基准直径 (17)2.6.4 确定中心距和带的基准长度 (17)2.6.5 验算主动轮上的包角 (18)2.6.6 确定带的根数 (18)2.6.7 确定带的预紧力 (19)2.6.8 计算作用在带轮的压轴力 (19)2.6.9 带轮的材料 (19)2.6.10 带轮的结构形式及主要尺寸 (19)2.7 减速器的设计计算 (20)2.7.1 减速器类型的选择 (20)2.7.2 减速器基本参数 (21)2.7.3 标准斜齿圆柱齿轮的设计计算 (22)2.7.4 齿轮的轴的设计 (25)第3章三维建模 (29)3.1 引言 (29)3.2 基本零件建模 (29)3.3 轧制系统的装配 (31)3.3.1 轧辊轴的装配 (32)3.3.2 轧制部分装配 (33)3.3.3 轧制系统装配 (34)3.3.4 总装配 (36)第4章轧制系统有限元分析 (37)4.1 引言 (37)4.2 轧辊轴的有限元分析 (37)4.3 轧辊环的有限元分析 (39)4.4 龙门架的有限元分析 (40)4.5 轧辊缺陷的种类和原因 (42)结论 (43)参考文献 (44)致谢 (45)4辊轧机轧制系统设计及有限元分析摘要：本次设计的4辊轧机轧制系统是借助旋转轧辊与其接触摩擦的作用，将被轧制的金属体（轧件）拽入轧辊的缝隙间，在轧辊压力作用下，使轧件主要在厚度方向上完成塑性成型。

随着 钢 的需 求 量 以及钢 的产 量 逐年 增 加 ， 使 得
架、 轨座 、 轧辊 调整 装 置 、 上轧 辊 平 衡 装 置 和 换 辊 装
置等 继 而 轧 机 的寿命 以及 日常维 护就变 得 日益 重要 。而 轧机 主传 动系 统对 于轧 机 的 使 用 和 日常维 护是 重 中之 重 ， 所 以对 轧 机 主传 动 系
ＸＵ Ｙａ ｎ ｂ ｏ
Ｌ Ｉ Ｗｅ ｉ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｑ ｉ ｕ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｑ ｉ ｕ Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ ４ ７ ６ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ的 轧 辊 有 限 元 分 析
徐 雁 波 李 威
（ 商丘工 学 院 机 械 工程 学 院 ， 河南 商丘 ４ ７ ６ ０ ０ ０ ）
摘 要： 轧辊是 轧机 主 传动 系统 的 重要零 件 ， 也是 易发 生 故 障部 位 之 一 。现 用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 对 轧 辊进 行 建模 ，
再进 行 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限元 分析 ， 并 结合理 论 分析进 行 对 比。 结果表 明 ： 有 限元 分 析 与 实 际 生产 中 出现 的 故 障 一
致 。故 轧辊 的有 限元 分析 为轧 机 的改进 与优 化提 供理 论 参考 。 关键 词 ： 轧辊 ； 有 限元 分析 ； Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 中图分 类号 ： Ｔ Ｇ３ ３ ３ 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ６ ７ １— ６ ５ ５ ８ （ ２ ０ １ ７） ０ ２— ２ ２— ０ ３

轧辊半径对热轧带材轧件变形影响的有限元分析罗德兴陈其安刘立文摘要：采用三维大变形热—力耦合有限元法分析了热轧板带时不同轧辊半径对变形区内轧件变形的影响。

得到了不同轧辊半径下变形区内等效应变、剪切应变和应变能量密度的分布规律。

结果表明在其他条件相同的情况下，轧辊半径越大，变形区内的变形也越大。

该结果对组织细化具有一定的指导意义。

关键词 :轧辊半径变形有限元法1、前言轧辊半径对轧制力大小影响的研究很多,但轧辊半径对轧制变形的影响,并进而对组织影响的研究却只有少量的文献有所提及,更深入的研究还不多见,但轧辊半径对变形的影响有可能起到特殊的作用。

轧辊半径会影响变形区形状,而变形区形状一般认为可以影响附加剪切变形 ,但目前这部分的机理还不太明确本文采用MARC有限元软件,应用大变形弹塑性热—力耦合有限元法对热轧板带时轧件在不同轧辊半径下的变形进行分析 ,以揭示轧辊半径对轧件变形影响的机理。

2、有限元模型和计算条件将φ300x300的二辊热轧机,轧辊周速为0.3m/s作为变形工具。

轧件尺寸是30mmx60mmx60mm，由于轧件的实际模型在宽度方向对称，所以B’=B/2=30mm。

如fig.1图所示，图示几何模型被分为8000个小单元，每个单元的真实尺寸是1.5mmx3mmx1.5mm,切分后共有9471个节点，变形的实际情况可以分散在这种小单元用这些小单元来进行描述。

3、计算条件保持轧件尺寸、变形量X变形速率X不变，通过改变轧辊半径R来研究轧件变形的情况，选择4种轧辊半径，及即150 135 125 110mm，以30%变形量分别轧制相同规格的轧件，轧件材质为16Mn,化学成分为（%）：C 0.16 SI 0.39 Mn 1.38S 0.025 P 0.018 其屈服应力与变形量X变形速率X变形温度T有关，可通过实验的方法得到屈服模型。

采用三维热力耦合原理模拟，模拟必须的初始条件、边界条件以及其他相关计算条件见表一。

第ｌ期（总第１１８期） ２００３年３月
山西机械 ＳＨＡＮⅪ ＭＡＣＨＩＮＥＲＶ
Ｎｏ．１ Ｍａｒ．
文章编号ｚｌ００８—８３４２（２００３）Ｏ卜００１３·０２
短应力线轧机的结构特点分析
高晋芳
（太原矿山机器集哥有限公司设计院，山西
太原０３０００９）
摘要。介绍了短应力线轧机的结构特点和性能．它具有轧｛｝｛精度高、重量轻、废品少、见效快的特点ｔ受到轧钢厂
由于缩短了应力回线，提高了轧机的刚度，从而获 得了高精度产品；设计紧凑，体积小，重量轻，简化了装 配，减少了大量的基础工作；在轧制期间更换辊环时， 导卫装置保持在原有位置．不需要更新移动；轧辊辊缝 对称调整，保证了轧制线固定不变，因而，延长了导卫 装置的寿命。 ３需要解决的问题
（１）短应力线轧机都备有二套以上的辊组，换辊 是将旧辊组取下，换新辊组，所需的备件多，包括轧辊、 轴承座、拉杆、蜗轮箱、蜗杆等，相对增加成本。
丁轧制线固定不变，从而，使导卫装置的调整、安装、维 护都很方便，减少了操作事故和工艺事故，提高了成材 率和作业率。 １．６轧辊平衡装置
由于轴承座及上轧辊的自重使拉杆螺丝与压下螺 母之间产生间隙。此间隙若不消除，则轧钢时将在间隙 处产生冲击，影响整个机座的刚度，因此必须采用平衡 装置来平衡上轴承座和上轧辊的重量以消除间隙。 ２与普通牌坊式轧机相比短应力线轧机的优点
当轴向调整轴承座或安装误差使拉杆被迫歪斜球面垫允许拉杆有一个小范围的摆动以减小轴承的边缘负荷提高轴承寿命球面垫要满足硬度和表面耐磨性的要求故球面垫材料选用40crnim114辊缝调整机构辊缝调整机构用于调整辊缝的大由于调整行程比较小且不需要经常调整所以采用手动或液压马达压下该装置采用大传动比的蜗轮蜗杆减速因此省为辊缝调整机构原理图由一套蜗轮蜗杆带动拉杆旋转实现辊缝调整即四个蜗轮与一个长蜗杆相啮合每个蜗轮又与辊系一个拉杆以键相联接蜗杆轴上安装有内齿圈和外齿轴套两个齿形离可以同时压下也可以单侧压下选用齿形为花键的牙嵌离合器这种齿形可以传递较大的力矩且容易啮合

新设备　新技术　新工艺短应力线—预应力型棒材轧机刚度分析与计算徐从保(马鞍山钢铁设计研究院　243005)摘要　描述了轧机刚度对轧件尺寸精度的影响,讨论了采用预应力提高轧机刚度的基本原理,对短应力线—预应力型棒材轧机刚度计算结果进行了分析与计算,给出了短应力线—预应力型棒材轧机刚度计算方法和结果,并对计算结果进行了分析比较。

关键词　预应力　轧机　刚度Analysed and Calculation of Rigidity forShort Stress and Prestressed Bar MillXu Chong bao(M aanshan Resear ch Institute of Iro n and Steel Design)ABSTRACT　T he w or kpiece measur ement accuracy affected since mill r igidity is discribed.T he basic principle for adopt pr estressing to r aise rigidit y of bar mill ar e discussed.T he analy sis and calculatio n o f cal-culated result that is r ig idity o f sho rt st ress line mill are also discussed.T he calculated method and result of the bar mill ar e gived.KEYWORDS　P r estr esses　Bar mill　R igidity 1　前言某厂从意大利引进的棒材精轧机为短应力线—预应力型轧机。

该轧机既不同于传统的牌坊式轧机,也不同于短应力线轧机。

其结构原理如图1,在轧辊辊颈上安装有四列圆柱滚动轴承以承受轧制时的径向力,在轧辊辊颈上装有四点接触球轴承以承受轧制时的轴向力。

基于ANSYS的轧辊有限元分析徐雁波;李威【摘要】轧辊是轧机主传动系统的重要零件,也是易发生故障部位之一.现用SolidWorks对轧辊进行建模,再进行ANSYS有限元分析,并结合理论分析进行对比.结果表明:有限元分析与实际生产中出现的故障一致.故轧辊的有限元分析为轧机的改进与优化提供理论参考.【期刊名称】《北京工业职业技术学院学报》【年(卷),期】2017(016)002【总页数】3页(P22-24)【关键词】轧辊;有限元分析;SolidWorks【作者】徐雁波;李威【作者单位】商丘工学院机械工程学院,河南商丘476000;商丘工学院机械工程学院,河南商丘476000【正文语种】中文【中图分类】TG333轧钢机是实现钢铁轧制过程的设备。

泛指完成轧材生产全过程的装备，包括主要设备、辅助设备、起重运输设备和附属设备等。

但一般所说的轧机往往仅指主要设备。

工作机座由轧辊、轧辊轴承、机架、轨座、轧辊调整装置、上轧辊平衡装置和换辊装置等组成[1]。

轧机是轧钢生产中关键设备之一，而轧机中又以主传动系统最为关键，它结构的合理与否对轧机的运行安全、使用寿命、对工人的操作方便与否起着决定性作用。

轧机主传动系统的作用是将电动机的运动和力传递给轧辊，在很多轧钢机上，主传动系统由联轴器、减速器、齿轮机座、连接轴等部分组成，在实际生产中承受各种机械载荷和冲击，而首先受到冲击作用的是轧辊，故轧辊发生的故障较多[2]。

随着钢的需求量以及钢的产量逐年增加，使得轧机的使用频率增加，继而轧机的寿命以及日常维护就变得日益重要。

而轧机主传动系统对于轧机的使用和日常维护是重中之重，所以对轧机主传动系统的分析评估对于轧机的安全使用以及日常维护变得尤为重要，也是众多学者及相关技术人员长期以来研究的重要课题。

某公司轧机的轧辊一直能正常运转，后来由于某种原因出现了轧辊破坏的现象，现针对此现象，对轧辊进行有限元分析研究。

采用三维建模软件SolidWorks建立主传动装置数字化模型，并且为了方便进行结构分析获得有效的计算结果，同时又能保证分析速度以及分析精度，首先对主传动装置模型进行结构简化，去除主传动装置中影响不大的油槽、螺纹孔及倒角等，进而得到简化轧机主传动数字化模型[3]，如图1所示。

[1] 邹家祥.轧钢机械[M]. 冶金工业出版社，1995 [2] 邹家祥等著. 轧钢机现代设计理论. 冶金工 业出版社, 1991 作者简介:周建刚(1971-)，男，内蒙古包头人，包 头轻工职业技术学院讲师，工程师，硕士，主要从 事机械力学行为分析研究。 Email:jiangang060@. 作者通信地址：包头轻工职业技术学院机电工程系 邮编 014030 作者联系电话：13847260837
图 5 机架立柱的等效应力图 3.3 变形分析 机架的位移变形主要发生在垂直的 z 方向（轧制方向）和水平的 x 方向（压下方 向）, 而在轧制过程中, 影响轧件厚度精度 的变形主要是机座沿压下方向的位移。 从机 架整体变形来看， 机架沿压下方向的位移值 增大了，其位移值为 0.154×2=0.308mm,机 架沿轧制方向的位移减小，其值为 0.149× 2=0.298 mm, 根据相关文献 [1], 此变形小于
3.1 机架整体应力分析 如图 3 所示， 机架的等效应力具体分布规律 是 ：
图 3 机架的等效应力图 （1）机架整体应力变化为由机架内侧到外 侧逐渐减小。 （2）立柱中部孔槽区上下两侧及横梁的承 压区是应力集中区。 （3）机架立柱与横梁交界处以及机架立柱 中段应力变化平缓， 应力水平也不高。 3.2 局部应力分析 （1）横梁应力分析 如图 4 所示， 横梁应力变化趋势为等效 应力沿 x 轴负方向减小当接近横梁对称轴线 时，应力又逐渐增大。横梁承压面应力集中
1、
引言
在近代轧机中 , 随着设备负荷不断 加大, 以及对轧制带材的板型和厚度公差的 要求越来越高, 因此要求轧机有足够的强度 和刚度, 而机架是保证轧机有足够强度和刚 度的最重要的零件, 因此, 对轧机机架进行 强度和刚度分析就显得相当重要。 本文对某 厂立辊轧机机架进行强度和刚度有限元分 析，并对结果进行了分析，得出了结论。

基于PATRAN的机构分析的计算机方法基于patran 的轧辊有限元分析1.问题描述图1-1 轧辊的结构图几何参数：D1=40，D2=80，D3=90，D4=100，D5=180，L1=50，L2=55，L3=80，L4=55，L5=150，L6=100材料：40Cr是我国GB的标准钢号，40Cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。

其技术参数是：弹性模量：E=2.1E5 Mpa;泊松比：U=0.3。

工作载荷:轧辊直径D5处施加载荷p，压强利用表中的压力p=5t 进行折算。

约束条件：D3直径处安装的是滚动轴承，轧辊右端施加扭矩Mn=4.0E6 n*mm2．分析模型轧辊为圆柱结构，建模过程：先创建平面再旋转得到轧辊的四分之一，在右端创建花键，在四分之一的结构的左端面上创建面单元，然后在拉伸成体单元，花键处网格需要单独处理，随后镜像实体，单元创建得到完整的轧辊。

由于倒圆角处影响不大故可省去不画，随后进行施加约束载荷属性随后进行分析。

3．模型创建过程3.1新建文件起名zhagun，设置如表3-1 。

点击 display 设置geometric attributes如表3-2点击 apply。

表3-1 new model preference 界面表3-2geometric attributes 界面3.2创建点在“Point Coordinate List”一栏中填入“【0 0 0】”，然后按Apply，如表3-3所示。

然后用transforma 功能创建其余点，在direction vector 中输入点移动的坐标，如创建第二个节点在direction中输入<0 20 0>，如表3-4。

第三个点在第二个点的基础上创建，依次完成所有点的创建，完成如图3-1：表3-3 点创建界面表3-4 点移动界面图3-1所有点完成图3.3创建直线方法:在 action选择 create ，object 选择 curve ，method选择 point， option：选 2 point，starting point list 选择起始点如point 1， ending point list 选择终点如point 2，如表3-4。

图 1 R 某粗轧机三维模型（a ）机架三维模型 （b ）机架网格模型图 2 机架模型文章编号：1001-3997（2009）11-0061-02轧钢机机架有限元分析及优化设计王春成 1 杨景锋 1 王丽君 1 邓定军 2 谭友奇 2（1 上海重型机器厂有限公司，上海 200245）（2 湖南省电力公司永州电业局，永州 425000）Finite element analysis and optimization of rolling millWANG Chun -cheng 1，YANG Jing -Feng 1，WANG Li -jun 1，DENG Ding -jun 2，TAN You -qi 2（1 Shangha i Heavy Machinery Plant CO .，LTD ，Shangha i 200245，Chin a ）（2 Yongzhou Electric Power Bureau of Hunan Electric Power Company ，Yongzhou 425000，Chin a ） 【摘 要】根据某 1700 粗轧机结构设计方案，使用有限元分析软件 COSMOSWorks ，建立了结构分析模型。

通过对模型的计算分析，得出了该机架承受最大轧制力时最大应力所在位置和应力分布规律。

根 据分析结果，对其进行优化设计。

最后对其进行强度和刚度校核，验证其满足使用要求。

关键词：机架；COSMOSWorks ；有限元分析；优化设计【Abstrac t 】Based on the structura l design scheme for a type of 1700 Rolling mill housing ，the struc － tural analysis model is established by means of the FEM software COSMOSWorks. Through analytica l cal － culation for mechanics model ，the large stress location and stress distributing disciplinarian is found. Ac － cording to the results of the analysis ，optima l design is done for it.At last ，through checking strength and stiffness ，it is proved that the mill meets the application requirement s .Key words ：Mill ；COSMOSWorks ；Finite analysis ；Optima l design 中图分类号：TH12，TF302 1 引言文献标识码：A宽度、立柱断面形状和立柱断面积等。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊安徽工业大学毕业设计(论文)任务书课题名称轧机机架结构有限元分析学院机械工程学院专业班级指导老师姓名学号毕业设计(论文)的主要内容及要求：1.了解课题的意义、国内外现状及毕业设计的主要内容（例如：轮碾机的现状，分类及发展趋势；本课题要解决的问题等等）2.确定轧机实际工况3.概述结构有限元分析方法4.简单介绍ANSTYS软件5.建立机架的有限元模型和载荷的施加及求解方案的确定。

6.用ANSYS软件进行计算分析。

7.对计算的内容及所得到的结果进行详细论述8.图纸工作量折合不少于1张A0图纸指导教师签字：填写说明："任务书"封面请用鼠标点中各栏目横线后将信息填入，字体设定为楷体－GB2312、四号字；在填写毕业设计（论文）内容时字体设定为宋体、小四号字。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要板带轧机是钢铁企业的关键设备之一，轧辊、轧辊轴承以及各种调整装置都安装、定位在轧机机架上。

在轧制过程中，机架不仅要承受很大的轧制力，而且在咬钢和抛钢时，还要承受很大的冲击力。

为了保证机架的安全性与稳定性，对轧机机架的强度、刚度以及振动特性的研究是非常重要的，。

首先，本文介绍了有限单元法的一些基本理论和有限元分析软件，在了解各分析软件的特点后，结合机架的静力学和动力学分析的具体要求，合理选择了ANSYS有限元分析软件。

利用SolidWork软件建立机架的几何模型，然后通过格式转换，将其导入到ANSYS软件中，对其进行强度和刚度分析，根据应力分析云图，找出机架应力最集中的部位；根据位移云图，找出机架最薄弱的部位，对其进行强度和刚度校核，验证是否满足要求。

利用有限元的方法对机架进行模态分析，提取前十阶的固有频率和其对应的典型振型，分析各阶模态的振型图，找出引起轧机机架振动的主要因素，为以后的分析工作提供理论依据。

利用有限元分析轧机变形辅助轧机加工特别是在大的变形弹塑性有限元基本理论基础上，采用有限元数值模拟的方法，应用UGNX6.0通用有限元分析软件，建立了轧机机架的弹塑性有限元分析模型，揭示了吊点对轧机的应力、以及应变场的分布规律。

找到轧机变形最小，且在弹性变形内的分布情况，找到最合理的吊运方式。

标签：塑性变形；弹性变形；模拟分析、有限元数值仿真1 轧机的垂直装配对结构的变形影响軋机的正常装配过程中，为立装状态。

由于受力的原因，轧机窗口都会有一个不同程度的回收，而且这个回收的数值还都不一样。

分析造成该原因，主要还是轧机的结构单薄，重量过大，支撑面又过于分开导致。

所以，立装时轧机窗口都有一个回收的过程，由于轧机结构的不同也有很大的差别。

越是单薄的机架，回收的现象越是严重。

底板越是靠近于轧机窗口的中间位置，其变形也同样越是严重。

分析变形的原因，其根本为受重力导致变形的影响，但是变形量的多少一直很困扰我们。

我们利用有限元来分析，到底对该变形对轧机的影响有多大。

我们是在dell690工程工作站上，利用美国UGS公司的大型工程分析软件UGNX6.0进行的有限元分析。

首先我们建立实体模型图，根据实际受力的情况，将轧机的接触单元分别进行模拟受力分析。

选取的材质为接近轧机实际材质性能。

如图1所示为机架的有限元模型图，图中浅色的部分为单元，深色的部分为载荷，其余的部分为约束。

为了使分析更接近实际，将基座放到分析模型中，在机架与基座间建立接触，如图1所示接触的非线性接触有限元分析。

我们对轧机的对称面施加对称约束，基座底部施加刚度约束的同时施加自重载荷。

就得到了，图2为机架垂直方向的变形图，最大变形量为0.0529mm，总变形量为0.0508-0.0356=0.0152mm。

如图3所示为机架水平方向的变形图，最大变形量为0.062mm，总变形量为0.062×2=0.124mm，为立柱内收变形。

机架窗口的变形为：垂直方向变形为0.0152mm；水平方向变形为0.124mm 的立柱内收变形。

工作机座及主传动系统负荷能力分析轧制力是板材轧制过程中的重要工艺参数，无论是设备校核、刚度计算，还是制定生产工艺规程都离不开它。

它的准确预测对获得所要求的轧件出口厚度是至关重要的，一个精确的轧制力预报模型，对准确制定各种生产工艺或者计算各生产条件下的轧制力均具有重要意义，因此，提高轧制力的计算精度也就显得特别重要。

但是，因为现场轧制生产条件的复杂性，要充分考虑到每一个环节非常困难，准确计算各个环节的影响程度几乎是不可能的，所以，在现场使用中，经常是考虑若干个主要影响条件，得到一个理论模型，这样做的好处就是省去了一些次要因素，使数学模型大大简化，同时又抓住了主要矛盾，其误差一般均可满足工程计算的要求，这也是工程计算的常用方法。

2.1有限元基本理论有限单元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按照一定方式相互联结在一起的单元的组合体。

由于单元能按不同的联结方式组合，且单元本身又可以有不同的形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。

有限单元法作为数值分析方法的另一个主要特点就是利用在每个单元内假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的未知场函数。

这样一来，一个问题的有限元分析中，未知场函数或其导数在各个节点上的数值就成为新的未知量（即自由度），从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。

一经求出这些未知量，就可以通过插值函数计算出各个单元内场函数的近似值，从而得到整个求解域上的近似解。

显然，随着单元数目的增加，也即单元尺寸的缩小，或者随着单元自由度的增加以及插值函数精度的提高，解的近似程度将不断改进。

如果单元是满足收敛要求的，近似解最后将收敛于精确解。

从应用数学的角度来看，有限单元法基本思想的提出，可以追溯到Courant在1943年的工作，他第一次尝试应用定义在三角形区域上的分片1连续函数和最小位能原理相结合，来求解St.Venant扭转问题。

而现代有限元法第一个成功的尝试，是将刚架位移推广应用于弹性力学平面问题，这是Turner和Clough等人在分析飞机结构时于1956年得到的成果。