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某廠四輥軋機的機架，是軋機最重要的零部件之一，是用來安裝軋輥輥系及軋輥調(diào)整裝置，并承受軋制力，其強度和變形將影響到整個設(shè)備的可靠性、產(chǎn)品的軋制精度及設(shè)備的裝配關(guān)系。因此，很有必要對該軋機機架的結(jié)構(gòu)強度分析進行評估。由于該機架結(jié)構(gòu)較復雜，在目前的軟硬件條件下，直接進行整體結(jié)構(gòu)的精確有限元分析，進而準確預(yù)測其疲勞壽命，仍有一定的難度。研究采用的子模型技術(shù)，可以實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)的精確有限元分析，從而為該軋機的正常運行提供可靠的支持和保證。
該軋機機架材料為ZG25，輥身長度1700mm，工作輥直徑D=1150mm，工作輥輥頸直徑d=685.6500mm，支承輥輥頸直徑d2=1066.8，支承輥直徑，工作輥偏移。軋輥軸承摩擦系數(shù)取0.003，工作輥與支承輥幾距之間的滾動摩擦系數(shù)取m=0.2。
該軋機的最大軋制力設(shè)定值為2.5e6N，由于軋機有左右兩個機架，結(jié)構(gòu)和受力狀態(tài)是對稱的，因此每個機架所受軋制力為軋機軋制力的的一半，即軋制力向上通過壓下螺母，作用于機架上橫梁的壓下螺母孔圓環(huán)面，向下則通過下支承輥軸承座下的墊板，作用于下橫梁，其作用力按均布載荷施加。經(jīng)計算得出，上橫梁承載面上的分布載荷為P=73.30MPa，下橫梁承載面上的分布載p=217.31MPa。軋機工作輥相對于支承輥，存在偏移距-6mm，則輥系軸承座對機架立柱有水平側(cè)向力的作用，由文獻的相關(guān)公式，可算出該項側(cè)向力為F=86.6kN。工作輥處側(cè)向力與支承輥軸承處側(cè)向力方向相反。按均布載荷計算，上、下工作輥軸承座作用于立柱內(nèi)側(cè)的分布載荷為P=0.446MPa，上、下支承輥軸承座對作用于立柱內(nèi)側(cè)的分布載荷為PQ=0.433MPa。
首先建立軋機機架實體的三維模型，并對機架一些無關(guān)緊要的部位進行合理的簡化。根據(jù)軋機機架的結(jié)構(gòu)特點，網(wǎng)格劃分時，對機架立柱和上橫梁過渡圓弧處采用四面體4節(jié)點實體單元，機架其余形狀規(guī)則部分采用六面體8節(jié)點實體單元。機架單元劃分及載荷施加如圖所示。約束條件設(shè)置為將機架地腳螺栓孔及孔底端面全約束。圖為機架整體等效應(yīng)力分布圖(只顯示半個機架)。從圖上可看出，上橫梁壓下螺母孔附近的應(yīng)力最大，其余部分應(yīng)力較小，因此本研究主要對機架應(yīng)力最大的壓下螺母孔部位進行應(yīng)力分析。圖是上橫梁壓下螺母孔部位的最大主應(yīng)力分布云圖，從圖上看出，壓下螺母孔圓柱面與孔底端面過渡圓弧面有很大的應(yīng)力集中，該處第一主應(yīng)力最大值達到57.761MPa。
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