减_定_径机轧辊机架有限元分析及优化设计

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!! 将前面生成的yaban.dlg文件拷贝到系统设置时创建 的文件夹 “application”下,然后将 yaban_template.c和 yaban.h分别拷贝入当前生成的“yaban”工程的源文件和 头文件中。照上述过程,加入代码以后,编译、链接,将生成 的动态链接库,即“yaban.dll”拷贝到所建立的\user\startup 目录下,这样就完成了对压板的程序化建模。 其它零件对话框和程序亦按照此过程建立。此时点 击各个下拉菜单,即可显示对应的三维图形。但由于数据 库中每个零件只有一组参数,在打开对话框时只有一个 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 可用。若想要多种方案可用,则只需修改数据库中参 数得到新的零件即可。 6 夹具装配 装配功能是将产品的各个部件进行组织和定位操作 的一个过程,通过装配操作,系统可以形成产品的总体结 构、绘制装配图、检查部件之间是否发生干涉。UGNX3.0 装配功能模块还可以参照其它部件进行部件关联 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 , 并可进行装配模型 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、重量管理等操作。 7 结 语 探讨了利用 UG软件进行二次开发的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,通过实 例展现了 UG的开发功能,对其它夹具进行参数化设计 有一定的借鉴作用。利用这种方法还可以建立标准零件 库,在使用时直接点击下拉菜单即可。这无疑会更大程度 地提高工装设计质量和设计效率,甚至可以应用于系列 产品的设计中。 [参考文献] [1] 朱凯,李小武.UGNX中文版机械设计基础教程[M].北京:人民 邮电出版社,2006. [2] 王宇虹,朱亦文,陈格,等.Access数据库系统开发从基础到实 践[M].北京:电子工业出版社,2006. [3] 孙珠峰,薛昌友,吴金平.VisualC++基础培训教程[M].北京:人 民邮电出版社,2003. [4] 王庆林.UG/OpenGRIP实用编程基础[M].北京:清华大学出版 社,2002. (编辑 明 涛) 作者简介:王艳红(1973-),女,讲师,硕士,研究方向为机械工程。 收稿日期:2007-07-24 减(定)径机轧辊机架有限元分析及优化设计 杨静 1, 樊百林 1, 杨连生 2 (1.北京科技大学,北京100083;2.山西三明重工机械制造有限公司,山西 晋中 030600) 所有热轧成品钢管的最后一道轧制工序都必须经过 定径或减径,它一方面使得经过轧管机轧制的钢管达到成 品钢管所要求的外径尺寸精度,从而获得外形圆整且平直 的钢管,另一方面则在一定范围内调整所需的各种钢管规 格。减(定)径机的机械部分主要由以下4大部分组成:轧 辊机架、框架式主机座、机架更换装置、主传动设备。 轧辊机架是减(定)径机的重要部件,是实现钢管定 径和规圆的变形工具。三辊式轧制机架结构简单,由分成 两半呈方形的铸钢件组成,左、右两片完全对称,用内六 角螺栓拧紧而成整体。3个轧辊成120°布置,安装在不可 调整的3根轧辊轴上,其中1根轧辊轴为主动轴,另 2根 为从动轴。当轧辊机架装入主机座后,主动轴上的齿形接 手与主机座上的内齿圈相接,将旋转动力传给轧辊机架 的主动轴,主动轴再通过螺旋锥齿轮带动两个从动轴,实 现三辊同轧,机架的作用方式如图1所示。 1 有限元分析 在轧制过程中,作用到轧辊上的作用力,通过轧辊轴、 轴承传给机架。因此,机架承受全部轧制力,其强度和变形 摘 要:利用 Pro/MECHANICA软件,分析了减(定)径机重要部件———轧辊机架在最大轧制力下的应力、变形情况,并 根据所得结果,利用灵敏度分析方法对机架进行了优化。通过模拟装配以及对优化前后机架的各项性能指标的比较,验 证了优化的合理性和有效性。 关键词:轧辊机架;Pro/MECHANICA;优化 中图分类号:TP391.9 文献标识码:B 文章编号:1002-2333(2007)11-0096-03 TheFEMAnalysisandOptimalDesignoftheReducingandSizingMillBasedonPro/MECHANICA YANGJing1,FANBai-lin1,YANGLian-sheng2 (1.UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China;2.ShanxiSanming HeavyMachine-BuildingCo.,Ltd,Jinzhong030600,China) Abstract:BasedonPro/MECHANICA,thispaperanalysesthestressanddeformationofRoll-housingatthemaximum rollingforce.Accordingtotheoutcome,sensitivityanalysisofRoll-housingwasusedtooptimizethedesign.The feasibilityandrationalityofoptimizationresultsareprovedbytheresultofsimulatingassemblyandthecomparisonof eachindexbeforeandafteroptimization. Keywords:roll-housing;Pro/MECHANICA;optimizing M 制造业信息化 MANUFACTURING INFORMATIONALIZATION 96 机械工程师 2007年第11期 图4 机架上施加的约束 D C A B E 图5 等效应力与变形云图 (b)变形云图(a)等效应力云图 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1 各面受力情况 X 57220N 57220N 0 Y 30350N 30350N -32655N Z 14740N 14740N 7230N 方向 受力面 1 2 3 图3 各受力面 面 A、B C D E 约束 X、Y、Z方向的平动 Z方向的平动 X方向的平动 X、Y、Z方向的平动 表2 各面约束情况 图2 轧辊机架的几何模型 图1 轧辊机架作用方式示意图 1.轧辊机架 2.轧辊轴(从动) 3.轧辊 4.齿形接手 5.轧辊轴(主动) 6.锥齿轮 将影响到整个设备的可靠性和最终产品的轧制精度。所以 有必要根据实际工况对减(定)径机轧辊机架作有限元分 析,得出应力、变形情况,为机架的优化提供理论依据。 1.1 建立有限元模型 首先在Pro/E中建立轧 辊机架的三维实体模型(如 图 2), 然 后 利 用 Pro/ MECHANICA进行有限元 分析和优化设计。 机架的材料为 ZG270- 500,其密度为 7.8×103kg/ m3;泊松比为 0.27;弹性模 量 为 175GPa。 在 Pro/ MECHANICA的 集 成 模 式 下,定义上述材料属性。本 次分析中所加载荷为最大 轧制力下各面所受分力。 根据表 1中数值,依次对图 3中各面进行设置。 机架装在框架式机座 导轨上,二者用螺栓连接, 图 4中 A、B面为机架与导 轨的接触面;液压压紧装置 作用于E面,将机架紧紧压 在机座内。按表2对图4中 各面施加约束。 以上参数定义完成后, 选择自动划分网格精度为 6级,进入分析计算。 1.2 结果显示与分析 图 5为通过分析得到 的等效应力与变形云图。从分析结果看,爪式拐角处发生 弯曲,最大变形值为 0.0734mm;弯曲导致两齿轮槽相交 的尖角处产生应力集中,危险节点的最大等效应力达到 114.6MPa。 总体说来,机架的变形较小,满足工况要求;最大应 力值虽小于材料最大许用应力150MPa,但因其位于尖角 处,长期使用容易产生裂纹。另外,由分析结果看出,机架 的其它部位的应力值很小,远小于最大应力值。因此需要 对机架进行优化,在考虑尽量减小最大应力的同时,适当 减轻机架的重量,实现优质化、轻量化。 2 灵敏度分析 机架的优化是在保证结构合理的前提下,以减小局 部最大应力、减轻重量为目的。Pro/MECHANICA的灵敏 度分析功能可根据模型参数的变化,定量地表示出对模 型性能的影响程度。因此,我们可以通过灵敏度分析,找 到优化结构所需要的重要参数。 由设计经验可知,最大应力值可通过倒圆角来降低, 质量可以在不改变内部结构及定位参数的条件下,适当 减小机架壁厚实现。故选择部分相关参数,分别进行灵敏 度分析,得到以下结论: (1)在两齿轮槽相交尖角处倒圆角可以大幅度减小机 架应力,变形值随倒圆角增大而有微量增加,如图6所示。 (2)在保证机架内部结构不变的前提下,适量减小机 架的厚度(将图8中A面逐渐减至虚线位置),对应力影 响较小,但变形会有小量增加,如图7所示。 (3)减小套筒托架开口半径(见图9),应力和变形都 减小,如图10所示。 根据分析结果,采取倒圆角的方法降低应力;通过减 掉多余壁厚实现减重;同时减小套筒托架开口半径来保 证较小的变形量。 3 优化设计 优化设计的目的主要是保证模型约束条件的前提 下,尽可能达到质量轻、体积小、形状合理、成本最低以及 力学方面最大限度地减缓过渡区应力集中等目标条件。 其数学模型包括三要素:设计变量X、目标函数f(X)和约 97机械工程师 2007年第11期 M制造业信息化 MANUFACTURING INFORMATIONALIZATION 1 2 3 4 5 6 120.00 117.50 115.00 112.50 110.00 107.50 105.00 102.50 100.00 最 大 等 效 应 力 / M P a 110 112 114 116 118 套筒托架半径R/mm 变 形 量 / m m 0.076 0.075 0.074 0.073 0.072 0.071 0.070 110 112 114 116 118 套筒托架半径R/mm 图10以套筒托架开口半径为参数的全局灵敏度曲线 A h 图8 机架截面图 R 图9 局部示意图 (b)变形云图(a)等效应力云图 图11优化结果 优化前 优化后 设计变量 r/mm 0 3.98 h/mm 170 161.63 R/mm 115 112.5 状态变量 !max/MPa 114.6 74.08 dmax/mm 0.0734 0.0748 目标函数 质量M/kg 469.32 437.75 表3 优化前后各量比较 表4 优化前后固有频率比较 优化前 优化后 第一阶 777.78Hz 764.28Hz 第二阶 1091.05Hz 1080.72Hz 第三阶 1254.40Hz 1229.94Hz 第四阶 1545.97Hz 1447.29Hz 图12装配结果示意图 110.00 108.00 106.00 104.00 102.00 100.00 最 大 等 效 应 力 / M P a 154 158 162 166 170 机架厚度h/mm 变 形 量 / m m 0.079 0.078 0.077 0.076 0.075 0.074 0.073 154 158 162 166 170 机架厚度h/mm 图7 以机架厚度为参数的全局灵敏度曲线 95.00 90.00 85.00 80.00 75.00 70.00 最 大 等 效 应 力 / M P a 1.00 2.00 3.00 4.00 圆角半径r/mm 图6 以倒圆角半径为参数的全局灵敏度曲线 圆角半径r/mm 0.0775 0.0773 0.0771 0.0769 0.0767 0.0765 1.00 2.00 3.00 4.00 变 形 量 / m m 束条件。本文所研究机架的三要素如 下:(1)目标函数:使机架质量最小。(2) 设计参数:倒角半径 r,变量范围:2～ 4mm;机架厚度 h,变量范围:158～ 165mm;托架开口半径 R,变量范围: 112.5～115mm。(3)约束条件:最大应力 值 !max<75MPa, 最 大 变 形 量 dmax< 0.075mm。 优化结果如图11所示,优化前后各 量的比较见表3。 4 优化结果合理性检验 减重是优化设计的一个重要目标, 但减重的基本原则是保证轧辊机架静 刚度的同时,机架固有频率不能大幅度 降低,避免结构发生共振。 利用Pro/MECHANICA的模态分析 功能,分别求出优化前后的机架的前四 阶固有频率,如表4所示。由表4可看 出,虽然优化后固有频率有所降低,但 相差不大,远远大于机构的工作频率(< 100Hz) ,优化后的机架安全。 另外,减小机架厚度可能 会导致轧辊安装后超出机架, 这是不合理的,因此需把优化 后的机架放到装配中检查。图 12为部分重点零件的装配 图,通过测量和干涉检查,优 化后的机架满足装配要求。 5 结 论 经优化之后,机架的重量 减少了 31.57kg,减重率达 6.7%;最大应力减小了 40.52MPa,变形值只增大了0.0014mm,优化效果较好。优 化后的机架,通过模态分析求出其固有频率与原始值相 差不大,符合减重原则;通过在Pro/E中模拟装配,验证了 其结构的合理性。 [参考文献] [1] 方建军,刘仕良.机械动态仿真与工程分析[M].北京:化学工业 出版社,2004. [2] 陈生华,黄筱调,洪荣晶.基于Pro/MECHANICA的机床拖板有限 元模态分析[J].CAD/CAM与制造业信息化,2005(4) :39-41. [3] 冀文生.SRM510-7机架微张力定径机简介[J].钢管,2005,34 (6) :31-35. (编辑 立 明) 作者简介:杨静(1982-) ,女,硕士研究生,主要研究方向为计算机仿 真分析。 收稿日期:2007-09-03 M 制造业信息化 MANUFACTURING INFORMATIONALIZATION 98机械工程师 2007年第11期 !!!!!!!!!!