冷轧卷取机的系统动力学分析与主要零部件的优化设计

摘要

冷轧卷取机是轧钢车间的重要辅助设备，广泛用于冷轧带钢的酸洗、退火、镀锌等工艺处理线。它和处理线出口的其他设备一起协同工作，把处理后的成品带钢卷成钢卷。冷轧卷取机长期在重载条件下工作，卷取精度要求高，机械结构复杂，设计难度高。传统的设计方法存在先天不足，由于采用类比设计、转化设计或经验设计，因此存在诸如设计周期长、计算精度低、安全系数取值过大使其成本提高等问题。针对以上问题，本文通过对卷取机工作原理的分析，着重研究了卷取机能力参数、结构参数与工作负载的关系，并建立主要零件的虚拟样机，对其进行结构静力学分析和疲劳特性等进行研究，具有重要的工程价值和理论意义。
　　本文在对国内外冷轧卷取机技术现状进行深入研究的基础上，结合企业的设计任务，有针对性地将冷轧卷取机减速部分的系统特性以及卷简的静态特性作为研究目标。首先，根据钢卷参数和张力计算出卷取机主电机的参数;其次，橡胶套筒和旋转液压缸是冷轧卷取机的重要组成部分，在ANSYS对其进行结构非线性分析，分析橡胶套筒变形的原理，得出其变形所需的涨缩力和旋转液压缸的参数。
　　接着，在MATLAB中建立卷取机减速系统的最优化程序，得到该系统最佳的速比分配方案;下一步，根据可靠性设计的理论，得到系统中关键组成的参数;接下来，把齿轮副模型导入ANSYS中，设置合理的载荷和约束，对现有模型进行优化设计，并对优化结果进行结构静力学和疲劳分析。
　　卷筒是冷轧卷取机的关键组成部分。将ProE建立卷筒的三维实体模型导入ANSYS中，设置合理的载荷和约束，对卷筒的组成部分进行结构静力学、模态以及瞬态动力学分析。
　　最后，运用以上分析方法，结合企业设计中某项目的冷轧卷取机，验证了理论分析与仿真结果的正确。由于该卷取机结构的典型性，因此，该研究结果同样也适用在其他卷取机的设计中。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 冷轧张力卷取机的特点及发展趋势

1．3 论文研究的主要内容

第2章 冷轧卷取机主要参数的计算

2．1 卷取张力的选择

2．2 卷取机主电机参数的计算

2．2．1 基本参数

2．2．2 电机基速的计算

2．2．3 电机功率和过载的计算

2．3 橡胶套简的作用及其计算

2．3．1 橡胶套筒的作用

2．3．2 橡胶套筒扩张力的计算

2．3．3 旋转液压缸能力的计算

2．4 橡胶套筒的结构非线性分析

2．4．1 橡胶套简的非线性分析简介

2．4．2 橡胶套筒材料的两种模型

2．4．3 橡胶套筒非线性分析

2．4．4 橡胶套筒内压和硬度的关系

2．5 本章小结

第3章 冷轧卷取机减速系统的可靠性优化设计

3．1 参考设备使用中存在的问题及分析

3．2 减速系统的优化设计

3．2．1 目标函数和设计变量

3．2．2 约束条件

3．2．3 分析结果

3．3 减速系统的可靠性设计

3．3．1 计算齿轮副和轴承的受力

3．3．2 计算齿轮副的可靠性

3．3．3 计算轴承的可靠性

3．3．4 减速系统可靠性的计算及其意义

第4章 基于ANSYS的卷取机传动齿轮齿根应力分析

4．1 引言

4．2 基于ANSYS WORKBENCH的齿轮齿根研究

4．2．1 建立模型

4．2．2 材料属性和单元设置

4．2．3 定义约束条件

4．2．4 数值仿真结果分析

4．3 本章小结

第5章 冷轧卷取机卷筒的有限元分析

5．1 卷筒的组成

5．2 卷筒涨缩机构的受力分析

5．3 卷简轴的有限元分析

5．3．1 建立模型

5．3．2 材料属性和单元设置

5．3．3 定义约束条件

5．3．4 数值仿真结果分析

5．4 扇形板的有限元分析

5．4．1 建立模型

5．4．2 材料属性和单元设置

5．4．3 定义约束条件

5．4．4 数值仿真结果分析

5．5 斜楔块的有限元分析

5．5．1 建立模型

5．5．2 材料属性和单元设置

5．5．3 定义约束条件

5．5．4 数值仿真结果分析

5．6 拨叉的有限元分析

5．6．1 建立模型

5．6．2 材料属性和单元设置

5．6．3 定义约束条件

5．6．4 数值仿真结果分析

5．7 本章小结

第6章 结论和展望

参考文献

致谢

攻读工程硕士学位期间发表的论文

作者简介

附录