卷取机核心零部件变形分析与结构改进

摘要

目前，随着我国制造业由大变强的步伐，各种现代设计方法越来越广泛地应用到了制造装备的优化设计上。为了更好地推进我国工业化进程，积极推广和应用新技术来优化生产，本文通过各种途径查阅了大量相关的文献资料，分析了钢铁企业中冷轧生产线上的冷轧带材卷取机在轧钢生产中的重要作用，研究分析了二十辊轧机卷取机卷筒关键性零部件在实际钢带生产过程中的常常因为结构不合理导致的受力状态不好，从而造成弯曲应力过大，导致了零件局部破坏以及卷取机剧烈振动。其中，扇形板的弯曲变形过大导致了卷取机涨缩的卡阻，钳口的弯曲变形过大导致钢带咬合不紧。
　　 针对这些问题，理论分析了其受力状态，计算了相关设计参数，重点应用比较经典的有限元软件ANSYS对扇形板和钳口进行了静力、模态、瞬态动力分析，并根据分析结果结合实际生产中的破坏形式对其进行了优化设计，最后对优化结构进行对比验证分析，主要研究内容如下：
　　 首先，根据实际生产中的二十辊轧机卷取机的相关参数，计算卷筒所受到的径向压力，并将卷筒整体简化成一根轴，对其进行理论受力分析，分析其不同位置的弯矩和扭矩，最后由弯扭合成，确定其强度是否足够。
　　 其次，根据卷取机相关CAD图纸，利用UG三维软件建立其扇形板以及大固定钳口的准确三维模型。由于此模型将要导入ANSYS软件中，故要对其进行必要的简化，建立起扇形板和大固定钳口的简化模型。扇形板结构比较大而且较复杂，根据其基本对称的特点，建立其二分之一的三维模型，这样能更好地在ANSYS软件中进行有限元分析。
　　 然后，将建立好的三维模型导入到ANSYS软件中，选择合适的单元类型和划分网格精度，结合零件实际的工况，对零件正确加载求解，对其进行静态、模态以及瞬态动力分析。针对扇形板的结构，只需对其二分之一模型进行分析，设置对称约束，最后扩展。针对大固定钳口的受力状况，对其一段进行分析，这样精度可以更高。同时大固定钳口的长度尺寸比较大，故其可以简化成平面应变问题的有限元分析。
　　 最后，根据有限元分析结果，结合实际生产中的破坏情况，对受力变形大的地方进行结构优化，并针对优化后的模型进行有限元分析，对比未优化前的应力和变形，确定是否达到优化的效果。针对大固定钳口的平面分析，对其进行拓扑优化设计。