超重型数控轧辊磨床尾架床身系统静力学分析

《超重型数控轧辊磨床尾架床身系统静力学分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、精密制造与自动化2010年第3期设计与开发*超重型数控轧辊磨床尾架-床身系统静力学分析1112李康妹姚振强胡俊黄海涛1上海交通大学（200240）2上海机床厂有限公司（200093）摘要以超重型数控轧辊磨床尾架-床身系统作为研究对象，利用Hypermesh建立各零部件的三维有限元模型，采用Abaqus作为求解器软件，进行静力学分析,得到了超重型数控轧辊磨床整机及关键零部件的变形和应力结果，识别了尾架-床身系统的薄弱环节，从而为尾架-床身系统机构的设计改进提供了依据。关键词轧辊磨床尾架-床身系统有限元法静力学分析轧辊是钢铁行业用于钢板轧制的关键零件，近此，本文首先利用Hypermesh

2、软件建立尾架-床身系几年，随着我国钢铁行业的发展，对大尺寸钢板的统高质量的有限元模型，然后通过Abaqus软件对需求越来越多，轧辊的尺寸也随之越来越大，因此，该模型进行求解，从而得出有效的静力学分析结果。用于磨削大尺寸轧辊的超重型数控轧辊磨床应运而1.1结构模型的简化与网格划分生。超重型数控轧辊磨床与普通数控轧辊磨床在技轧辊磨床的尾架是由许多零件装配而成的大型术上的最大区别，在于必须考虑重载条件下机床的复杂结构，主要由顶尖、体壳、底座及安装在体壳变形问题。因此，采用现代设计手段对尾架-床身系和底座内的众多零部件组成，且存在多处零件间的统进行静力学分析，校核结构的应力、应变及变形接触连

3、接。若不对模型进行简化处理，将很大程度是否符合要求，从而指导系统的优化设计是一项非上影响计算速度，甚至会引起计算不收敛等严重错[1]常重要的工作。误。因此，在进行网格划分之前，首先对尾架的CAD本文以超重型数控轧辊磨床的尾架-床身系统模型进行简化，如去除不直接承受力的零件、忽略为研究对象，利用有限元法对其进行静力学性能分零件上小的螺栓孔以及倒圆和倒角等，这样既减小析，识别出了尾架-床身系统的薄弱环节，为尾架-了建模工作量，又能够保证分析结果的准确性。床身系统机构的设计改进提供了参考依据。有限元网格划分的质量对计算结果有直接影响。网格质量可以用网格形状和网格尺寸来评价。1有限元模型的建

4、立网格形状越规则，计算结果越容易收敛。网格尺寸Hypermesh软件是美国ALTAIR公司的产品，过小会降低计算速度，网格过大又会影响计算结果是世界领先、功能强大的CAE应用软件包，具有优的精度和准确性。因此，对容易产生应力集中部位[2]秀的网格前处理和拓扑优化分析功能，但是对模及所关心的关键部件应适当加大网格密度，而其他[4]型的求解分析功能不是很强。Abaqus软件是美国次要部位则应减小网格密度。ABAQUS公司（原名HKS公司）的产品，是国际有限元网格划分分为自动划分和人工半自动上最先进的大型通用有限元分析软件之一，其解决划分两种方法。自动划分的优点是划分速度快，节问题的范围从

5、相对简单的线性分析到复杂的非线性省大量时间，缺点是网格形状不够规则且各部位网[3]问题，对各种模型具有极强的求解分析功能。因格疏密相同，对应力集中及重点分析的关键部位不能进行局部网格细化；人工半自动划分的优点是网*国家高档数控机床与基础制造装备重大专项资助项目格形状规则，且可对重点部位进行网格细化，缺点（编号：2009ZX04002-071）是划分速度较慢，需要耗费大量的人力和时间。24李康妹等超重型数控轧辊磨床尾架-床身系统静力学分析综合考虑以上因素，文中尾架-床身系统的有限和顶持力的反作用力均作用在顶尖上，需要人工选元网格划分方法如下：体壳、底座及床身等结构极择节点施加，具体施加

6、位置如图2所示。图2（a）为复杂的零件采用网格自动划分的方法；其它所有为顶尖对轧辊竖直托持力的反作用力，图2（b）为零件均采用人工半自动划分的方法。最终建立的尾顶尖对轧辊水平顶持力的反作用力。架-床身系统整体的有限元模型如图1所示，该模型共包含30612个C3D8I类型的单元。YZX（a）（b）图1尾架-床身系统的CAE模型图2尾架顶尖处的载荷施加位置1.2各零件材料属性的确定由于文中超重型数控轧辊磨床的工况为两顶尖轧辊磨床的尾架-床身系统由多种材料组成，进共同顶持磨削250t重的轧辊，因此，作用在尾架行静力学分析需要设定各材料的弹性模量、泊松比顶尖上的轧辊重力为轧辊总重力的1/2，

7、将其平均[2]及密度三个参数。施加到如图2（a）所示的21个节点上，经计算得，1.3零件间约束关系的建立作用在每个节点上的力为58333N，方向为y轴负轧辊磨床尾架-床身系统中，共用到两种约束关方向，即竖直向下。由于顶尖对轧辊的顶持力一般系—接触约束（contact）和绑定约束（tie）。绑定约为轧辊重力的70%～80%（文中取80%），将该力平束能限制两接触面之间没有相对运动；接触约束则均施加到如图2（b）所示的36个节点上，经计算不同，在外力的作用下，