超重型数控轧辊磨床尾架-床身系统静力学分析.pdfVIP

精密制造与 自动化 2010年第3期 。e 。 。e·}。≥．。≥．。≥’。≥’。∈}o{ 。 《设计与开发 超重型数控轧辊磨床尾架一床身系统静力学分析水 李康妹 姚振强 胡 俊 黄海涛 上海交通大学 (200240) 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，从而为尾架一床身系统机构的设计改进提供了依据。 关键词 轧辊磨床 尾架一床身系统 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软件建立尾架一床身系 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 常重要的工作 l【J。 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，为尾架一 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 秀的网格前处理和拓扑优化分析功能L2J，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 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 J。 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 问题 ，对各种模型具有极强的求解分析功能_jJ。因 格疏密相同，对应力集 中及重点分析的关键部位不