外文翻譯--工作輥軸承座和軋輥軸承裝配組合的有限元分析 中文版

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安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 共 頁(yè) 第 1 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 工作輥軸承座和軋輥軸承裝配組合的有限元分析 和其他一些初級(jí)制造業(yè)一樣，對(duì)鋼鐵和鋁加工工業(yè)而言，最有競(jìng)爭(zhēng)力和最依賴性的因素便是使設(shè)備符合生產(chǎn)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為了試圖達(dá)到和超過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)，軋機(jī)有時(shí)將會(huì)工作在一定的狀態(tài)下，而這種狀態(tài)對(duì)于那些較為陳舊不適合當(dāng)今生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求的設(shè)備而言是很不利的。為了使其達(dá)到這些制造和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，軋機(jī)設(shè)計(jì)公司、供應(yīng)商和制造者們一直在努力通過(guò)不斷的研究和發(fā)展改進(jìn)軋制技術(shù)和設(shè)備。其中的一種方法便是問(wèn)世于 1930年的工作輥彎輥法。 四輥軋機(jī)是最為常見(jiàn)的一種軋機(jī)類型，它由裝配在兩片機(jī)架之間的兩個(gè)工 作輥和兩個(gè)支撐輥組成（圖 1）。每一個(gè)軋輥裝配系統(tǒng)都是由一個(gè)軋輥、兩個(gè)軸承座和兩個(gè)軸承組成的。軸承被安裝在每個(gè)軋輥輥頸位置處的軸承座中，軸承座則被裝配在機(jī)架窗口中。在此窗口中還安裝有一個(gè)彎輥液壓缸裝置，通過(guò)軸承座 /軸承裝配組合施加彎輥力與工作輥輥頸上，從而使整個(gè)輥彎曲。由于這個(gè)特殊的軸承座設(shè)計(jì)，使得液壓缸施加彎曲載荷于突出在軸承座體外的耳狀裝置底部（圖 2），這些彎輥力在某些軋機(jī)上可以達(dá)到 200噸。工作輥彎輥法已經(jīng)成為了一種控制軋機(jī)實(shí)現(xiàn)板帶鋼預(yù)期外型、厚度、表面質(zhì)量的重要方法。 圖 1 圖 2 幾乎所有的軋機(jī)都配有了工作輥彎輥裝置。 著 在軸承怎樣在載荷作用下變形方面作了深入的分析?，F(xiàn)今這兩家公司已經(jīng)聯(lián)手在工作輥系統(tǒng)中彎輥的影響方面展開(kāi)了研究。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 共 頁(yè) 第 2 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 有限元模型 用于研究的有限元模型由兩個(gè)獨(dú)立的模型組成：軸承座（圖 2）和軸承外圈（圖3）。對(duì)軸承座 /軸承系統(tǒng)的分析過(guò)程是通過(guò) 對(duì) 1/4裝置的模型分析使工作輥軸承座、軸 承和軋輥的均勻的幾何形狀模型得以簡(jiǎn)化（圖 4）。在可能出現(xiàn)大應(yīng)力或大變形的區(qū)域采用便利的局部單元網(wǎng)格細(xì)化使得模型的精度得以保證。 1/4的模型也大大地縮短了計(jì)算時(shí)間和有限元分析（ 的消耗。 用 三維等特性實(shí)體單元 )塊單元來(lái)構(gòu)件軸承和軸承座模型，用3 維表面）間隙單元來(lái)構(gòu)建軸承和軸承座的外表面單元，內(nèi)圈和軸的位置考慮成固定情況不予建模，這樣的假設(shè)足以保證分析的精度。 設(shè)置軸承模型圓周方向上節(jié)點(diǎn)的間距和位置與對(duì)應(yīng)軸承的軋輥上節(jié)點(diǎn)的艱巨和位置相一致，這個(gè)過(guò)程使得 析軟件之間在轉(zhuǎn)換有關(guān)軋輥載荷和外圈彎曲變形數(shù)據(jù)方面大為簡(jiǎn)化。 圖 3 支架耳所在的區(qū)域受到液壓缸施加的力的作用，因此。模型上的載荷便可以通過(guò)在軸承外圈上施加位于節(jié)點(diǎn)上的軋輥載荷的方式表示出沿著外圈表面方向上的軋輥位置。這些均布載荷與施加的力的作用方向相反。事實(shí)上，施加于軸承座和軋輥上的彎輥力通過(guò)力的相互作用轉(zhuǎn)移到了軋輥輥頸處。 分析 每個(gè)工作輥的輥頸處的軸承座的位置上都安裝了 4個(gè)逐漸變細(xì)的軸承，弗蘭克林研究實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的 件可以用來(lái)確定軋輥載荷的分配以及軸承 壽命，通過(guò) 軸承和 圖 4 工作輥軸承座的內(nèi)外圈假想成剛體。因此，軋輥的初始載荷分布計(jì)算僅取決于軸 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 共 頁(yè) 第 3 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 承內(nèi)部間隙，軋輥 /外圈接觸變形，非變形軸承幾何形狀和彎曲載荷。 軸承和軸承座控之間的過(guò)盈或間隙配合使得安裝和拆除變得容易，通過(guò)考慮了間隙的 籍 荷作用下的軸承和軸承座之間的接觸區(qū)域由于軸承外圈和軸承座孔的變形而變得平整起來(lái)（圖 5）。這個(gè)接觸面沿著受載 區(qū)的載荷的弧度方向延伸，這個(gè)弧度是軸承與軸承座間間隙、軸承座與軸承剛度以及軸承內(nèi)部間隙，δ和加載載荷的函數(shù)（圖 6）。 圖 6 圖 5 軸承外圈和軸承座的變形是變化的，因此我們需要通過(guò)迭代過(guò)程來(lái)確定軋輥載荷的真實(shí)外形。 我們需要用 成對(duì)軸承外圈變形值計(jì)算的一些小的修正步驟。 ew —————— ——————————— 正因數(shù) =值 (是下一次迭代時(shí)的舊值 ( 修正因數(shù) 由 外圈變形、內(nèi)部徑向軋輥間隙以及軋輥 /外圈接觸變形基礎(chǔ)上計(jì)算出軋輥載荷分布。 整個(gè)過(guò)程將一直反復(fù)到達(dá)到軋輥載荷的收斂標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)由多次連續(xù)的迭代分 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 共 頁(yè) 第 4 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 析之間所比較產(chǎn)生的軋輥應(yīng)力值產(chǎn)生。一旦軋輥上的載荷差距小于或等于兩次連續(xù)運(yùn)算中載荷值的 5%時(shí)，就被認(rèn)為是結(jié)果收斂，然后最終的軋輥載荷設(shè)定值被輸入有限元模型并運(yùn)行分析，這個(gè)用以實(shí)現(xiàn)收斂的過(guò)程的圖解示意如圖 7所示。 結(jié)果 由 終運(yùn)行所得到的應(yīng)立及變形結(jié)果和由 算出的軸承壽命被用來(lái)判斷設(shè)備的穩(wěn)定性。 由（圖 8）軋輥初始載荷分布可知軋輥所承受的最大載荷處產(chǎn)生在軸承的底部與中心線垂直的地方。隨著軋輥位置不斷地接近軸承的水平中心線，載荷的值也逐漸地減小直至零。 在經(jīng)由跟 算過(guò)的二次載荷分布中，迭代的影響變得顯著起來(lái)。第一次和第二次迭代過(guò)程中增加的軋輥載荷值有 20%之多，而第六次迭代過(guò)后載荷值則會(huì)較之第一次增加 42%。有著六次為收斂而所進(jìn)行的迭代計(jì)算所得到的軋輥載荷分布形狀如圖8所示。 圖 7 由于彎曲載荷的重新分配，第二次迭帶后受載的軋輥總數(shù)由 19變?yōu)?21（每排），伴隨著軋輥外加載荷分布狀態(tài)的改變，彎輥力越來(lái)越多的分布到了軋輥上，在初次迭代時(shí)，載荷作用在 9 個(gè)（每排）軸承底部附近的軋輥區(qū)域，而到了最后一次迭代的時(shí)候，只有 載荷由相同的軋 圖 8 輥所承受。 大應(yīng)力和大變形集中的主要區(qū)域是軸承座的薄壁區(qū)域。從不可接受的到與載荷的重新分布而產(chǎn)生的區(qū)域內(nèi)相關(guān)節(jié)點(diǎn)可接受的相應(yīng) 應(yīng)力的減小情況如圖 10 所示。由圖可知，此區(qū)域的總變形將減小 40%（圖 11），軸承的理論 命也會(huì)在六次迭代后 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 共 頁(yè) 第 5 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 提高 圖 12）。 圖 9 圖 10 圖 11 圖 12 結(jié)論和摘要 真實(shí) 的軋輥載荷分布的定性和定量分析過(guò)程是一個(gè)不斷的利用 然不能確定在每次迭代的過(guò)程中受載的軋輥數(shù)目會(huì)否發(fā)生變化，但單就一個(gè)獨(dú)立的軋輥而言載荷的數(shù)值是會(huì)發(fā)生變化的。 如果軸承座的內(nèi)徑與外圈的外徑之間間距為零，而且軸承座的剛度足夠，如圖 8所示，初始載荷的分布是十分準(zhǔn)確的。但正由于在實(shí)際中兩種狀態(tài)都不可能被滿足，所以迭代的過(guò)程是必需的。如果最終設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)所需的數(shù)據(jù)主要以第一次迭代的結(jié)果為基礎(chǔ)，軸承座邊界區(qū)域的應(yīng)力和變形將會(huì)被分別高估 71%和 67%，相應(yīng)的，軸承的命將被低估 10%。但第一次迭代后的應(yīng)力和變形要在設(shè)備可接受的水平內(nèi)，所以我們就必須要對(duì)軸承座或者是其它彎輥設(shè)備重新進(jìn)行細(xì)致的設(shè)計(jì)。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 共 頁(yè) 第 6 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 類似于狗耳朵形狀的最終的軋輥載荷分布狀態(tài)（圖 8f）是由垂直于軸承中心線的軸承座的薄壁區(qū)域的彎曲特性決定的。這部分的變形導(dǎo)致軸承座和軸承加載的變化，使得軸承座孔周圍大剛度區(qū)域的載荷重新分布。 最后，這個(gè)研究證實(shí)一旦軸承座和軸承的設(shè)計(jì)單獨(dú)地以 第一次運(yùn)算結(jié)果為依據(jù)的話，設(shè)備和材料的規(guī)格特性將會(huì)變得無(wú)用和浪費(fèi)。然而，正由于迭代分析思想和如此 精密且專業(yè)的分析計(jì)算工具的存在，我們才可以得到滿足要求的設(shè)計(jì)。