现代设计技术三级项目-机架有限元分析.docx

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1、3.2机架有限元分析本章分析计算中，均采用在设备设计最大轧制力下进行计算(最大轧制力为3000OkN),所得应力均为公称轧制力下的数值。因为轧机零部件的安全系数较大，上述所有零件变形均在弹性范围内，所以可根据材料的许用应力和安全系数，依据线性关系，求得在许用范围内该零件所能承受的最大轧制力，即P(3-17)1.maxKT式中P公称轧制力i该零件许用应力值.max公称轧制力下该零件的最大应力值Pmax许用应力下该零件所能承受的最大轧制力又由(3-18)=%式中Obi该零件强度极限%该零件安全系数因此，由式(3-17)、式(3-18)可得在许用应力范围内该零件所能承受的最大轧制P为最后取各零件所能

2、承受的最大轧制力中的最小值作为整个设备所允许的最大轧制力，即RaX=(Am2)(3-20)轧机的最大轧制力为300kN,对于一片机架，其载荷按总载荷的一半1500OkN进行计算。根据结构及载荷对称性，取机架四分之一作为分析模型，模型中窗口内圆角半径分别为225mm（方案1）和18Omm（方案2）,圆弧导圆为R40mm,圆滑过渡，压下螺母孔台阶处导圆为R30mm,详见下列各模型。3.2.2 边界条件及载荷模型见图32,载荷作用在机架上横梁压下螺孔台阶处和下横梁窗口内表面上，图3-3、图3-4为压下螺孔台阶和窗口内角过渡圆弧单元划分，为15000KN压力的1/4,边界条件见图3-5,在机架四分之一

3、对称面上建立对称约束，这里只给出方案1边界载荷图，方案2略。图3-2轧机有限元模型图34机架窗口内圆角单元划分图3-5边界载荷3.2.3 有限元结果分析方案1中机架受载荷作用时.，其铅垂方向变形趋势如图3-6,最大Y向位移值为0.984mm；其水平方向变形趋势如图3-7,单侧立柱最大X向位移值为0.397mmO图3-6方案1机架铅垂方向变形l: riatalSXjj-rS0-30-4.M t图3-7方案1机架水平方向变形图3-8方案2机架铅垂方向变形方案2机架受力时，铅垂方向最大位移为0.985mm,详见图3-8,水平方向单侧立柱最大位移为0.394mm,详见图3-9。NODAL SOLUTI

4、ONJrTKE UB =1TDB*1UX.460K04.6m-04.3XC8-.220K-03-.IOS-O3.IHt-4.127K-0)File:P:qiananl580jj-r360.xt图3-9方案2机架水平方向变形图3-10、图3-11为方案1机架压下螺丝孔处应力分布图，最大等效应力为122MPa,详见图3-12；最大主应力为133MPa,详见图3-13。图3-11方案1压下螺丝孔主应力分布图3-12压下螺丝孔最大等效应力（局部）图313压下螺丝孔最大主应力（局部）图3-14、图315为机架过渡圆角处应力分布图，最大等效应力为40.7MPa,最大主应力为43.4MPaNODALOLUT

5、ON图3-15下部过渡圆角最大主应力图3-16、图3-17为方案2机架压下螺栓孔处应力分布图，最大等效应力为122MPa,最大主应力为134MPa。图3-16方案2压下螺丝孔最大等效应力NODALSOLUTION图3-17方案2压下螺丝孔最大主应力图3-18、图3-19为机架上横梁过渡圆角处应力分布图。最大等效应力为782MPa,最大主应力为466MPa。计算中有应力集中出现。图3-18上部过渡圆角等效应力分布图3-19上部过渡圆角主应力分布图3-20、图3-21为方案2机架过渡圆角处应力分布图，最大等效应力为42.4MPa,最大主应力为46.1MPa。图3-20下部过渡圆角等效应力分布图3-

6、21下部过渡圆角主应力分布3.2.4结论根据以上模型分析可得出机架刚度：方案1：30000/0.894二33557KNmm方案2：30000/0.895=33519KNmm由此看出，机架窗口圆角变化对刚度影响很小，只有0.1%。方案1中窗口圆角圆弧半径为R=225mm,方案2中窗口圆角圆弧半径为R=I80mm,机架窗口圆角圆弧处对应等效应力分别为40.7MPa和42.4MPa,应力增大4%,可以认为机架窗口圆角圆弧对强度影响很大，直接影响机架的安全系数，同时，压下螺丝孔台阶处的导圆处也是不能忽略之处，从图3-12至图3-21可以看出局部应力变化，安全系数如下：方案1机架安全系数为：450/40.7=11.05方案2机架安全系数为：450/42.4=10.6综合以上分析结果，现机架结构方案，窗口圆角R取值在225-26Omm范围内较为适当，机架变形改变微小，局部应力集中变化不大，认为该方案机架结构安全合理。