【正文】 。,式中為卷筒的外徑，為卷筒的徑向壓力，B為卷筒的寬度； 卷筒扇形板受力分析示意圖： 楔形塊的受力分析示意圖 分析前提：，則有： ()聯(lián)立A、B式有： ()由于值比較小，：因?yàn)殇摼聿淮蚧臈l件為：，且,，由此可得：(極限值)。若考慮油缸的效率，則有：(最大油缸推力) () 式中：；為楔形塊斜面與卷筒斜面的摩擦系數(shù)，(該數(shù)值跟潤(rùn)滑條件相關(guān))；為楔形塊與心軸平面的摩擦系數(shù)；為卷筒的外徑；為帶鋼的張力；為卷筒的當(dāng)量半徑，為油缸的傳遞效率，由于油缸的輸出力應(yīng)該大于卷取過(guò)程中脹徑、縮徑以及卸卷過(guò)程中所需要的力，~； 鋼卷卸卷時(shí)卷筒縮徑卷取機(jī)卷取工作完成后，為了卸卷，卷筒需要縮徑，此時(shí)脹縮液壓缸需要提供反向力，使斜楔作與脹徑時(shí)相反方向運(yùn)動(dòng)，稱作為拔出力，受力分析如下圖所示： 卷筒扇形板受力分析示意圖：由靜力學(xué)平衡方程(向上、向右為正)有： （）由此可得： ()式中，為卷筒外壁對(duì)帶鋼內(nèi)層的摩擦系數(shù)；為楔形塊的傾角；為接觸面的正壓力；為作用在扇形板上的徑向壓力沿豎直方向的分力。,式中為卷筒的外徑，為此狀態(tài)下卷筒的徑向壓力，B為卷筒的寬度。 楔形塊受力分析示意圖分析前提：，則有： ()聯(lián)立A、B式有：()由于值比較小，所以C式可以變?yōu)椋焊砣∵^(guò)程自動(dòng)縮徑工況相同，由此可得：(極限值)。若考慮油缸的效率，則有：(最大油缸拉力) ()，卷取過(guò)程中自動(dòng)縮徑和卸卷過(guò)程中卷筒縮徑油缸所需要提供的力大小相等，方向相反，在該種情況下建議選用雙作用油缸。重慶大學(xué)本科學(xué)位論文 4 卷筒軸的有限元分析4 卷筒軸的有限元分析 有限元理論概述有限元法(finite element method)是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的一種數(shù)值計(jì)算方法。最初用于固體力學(xué)問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算，上世紀(jì)70年代在英國(guó)科學(xué)家Zienkiewicz 等人的努力下，將它推廣到各類場(chǎng)問(wèn)題的數(shù)值求解，如溫度場(chǎng)，電磁場(chǎng)，也包括流場(chǎng)。 有限元法離散方程的獲得方法主要有直接剛度法、虛功原理推導(dǎo)、泛函變分原理推導(dǎo)或加權(quán)余量法推導(dǎo)。一般采用加權(quán)余量法推導(dǎo)。 有限元法的優(yōu)點(diǎn)是解題能力強(qiáng)，可以比較精確地模擬各種復(fù)雜的曲線或曲面邊界，網(wǎng)格的劃分比較隨意，可以統(tǒng)一處理多種邊界條件，離散方程的形式規(guī)范，便于編制通用的計(jì)算機(jī)程序，在固體力學(xué)方程的數(shù)值計(jì)算方面取得巨大的成功。對(duì)于有限元方法，其基本解題步驟可歸納為 ：(1)建立積分方程，(2)區(qū)域單元剖分，(3)確定單元基函數(shù)，(4)單元分析，(5)總體合成，(6)邊界條件的處理，(7)解有限元方程。 有限元軟件MSC PATRAN的簡(jiǎn)介，最早由美國(guó)宇航局(NASA)倡導(dǎo)開(kāi)發(fā)的,是工業(yè)領(lǐng)域最著名的并行框架式有限元前后處理及分析系統(tǒng)，其開(kāi)放式、多功能的體系結(jié)構(gòu)可將工程設(shè)計(jì)、工程分析、結(jié)果、評(píng)估、用戶化身和交互圖形界面集于一身，構(gòu)成一個(gè)完整CAE集成環(huán)境。，既容易使用又方便記憶。,此外,,以使用戶更靈活的完成模型準(zhǔn)備。 卷筒軸的有限元分析 建立模型 卷筒是帶鋼卷取的直接部件，負(fù)荷大，溫度高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。卷筒軸又是其中最主要的部件，是支撐楔形塊和扇形板以及傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)的重要部件，在實(shí)際生產(chǎn)中，卷筒軸的結(jié)構(gòu)，材質(zhì)和受力對(duì)它的剛度和強(qiáng)度以及壽命有很大影響。進(jìn)而影響著整個(gè)卷筒的使用壽命，所以在此選取卷筒軸作為研究對(duì)象。 用Inventor軟件進(jìn)行三維模型的建立，： 卷筒軸的三維模型模型建立完成后，將其另存為STP格式，以便于能夠直接導(dǎo)入Patran軟件中。 有限元步驟導(dǎo)入模型后，開(kāi)始對(duì)卷筒軸進(jìn)行網(wǎng)格劃分，： 整體網(wǎng)格劃分效果圖其中，某些細(xì)節(jié)需要注意，特殊結(jié)構(gòu)需要布種子，畫硬線硬點(diǎn)手動(dòng)劃分網(wǎng)格，如下圖所示： 網(wǎng)格中的細(xì)節(jié) 網(wǎng)格劃分完畢后，需要對(duì)材料屬性進(jìn)行設(shè)定，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，設(shè)定如下：彈性模量E設(shè)為210000Mpa。接下來(lái)對(duì)卷筒軸進(jìn)行約束，約束位置在三個(gè)軸承的位置，如下圖所示： 約束位置 接著在卷筒軸和楔形塊接觸面上添加徑向壓力及張力產(chǎn)生的扭矩，如下： 添加約束力 有限元應(yīng)力分析計(jì)算時(shí)只考慮一種工況，卷筒開(kāi)始縮徑時(shí)候的徑向壓力和鋼卷的重力。其中徑向壓力視為均布力。，應(yīng)力云圖和局部應(yīng)力集中時(shí)的應(yīng)力云圖： 位移云圖由圖可見(jiàn)，最大位移發(fā)生在卷筒軸與楔形塊相接觸的中段。 應(yīng)力云圖 局部應(yīng)力云圖由圖可見(jiàn)，應(yīng)力集中發(fā)生在界面有突變的地方，該處產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力的陡增。由應(yīng)力云圖可知，在卷筒軸和楔形塊相接觸的地方應(yīng)力最大。由于時(shí)間和數(shù)據(jù)有限，本文在此部分僅僅作一個(gè)簡(jiǎn)單的定性分析，找出應(yīng)變和應(yīng)力的最大位置的大致所在，在今后的學(xué)習(xí)和研究中可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定量的分析和計(jì)算。重慶大學(xué)本科學(xué)位論文 5 結(jié)論5 結(jié)論卡羅塞爾卷取機(jī)作為現(xiàn)今世界上最為先進(jìn)的冷軋帶鋼卷取機(jī)，其高效的卷取效率使其成為許多軋鋼生產(chǎn)線上最優(yōu)先考慮的卷取設(shè)備。本文在對(duì)冷軋帶鋼卷取機(jī)的工作原理、機(jī)構(gòu)形式和功能特點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，有限元法等多個(gè)學(xué)科的理論知識(shí)，針對(duì)卡羅塞爾卷取機(jī)，進(jìn)行了機(jī)構(gòu)分析和參數(shù)分析計(jì)算以及對(duì)部分具體零部件進(jìn)行了有限元仿真。以下是本文的主要內(nèi)容：本文在第一章對(duì)扎鋼機(jī)械進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，主要對(duì)冷帶鋼卷取機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及種類進(jìn)行了介紹，另外還初步介紹了下卡羅塞爾卷取機(jī)，以及本論文的研究背景及意義。在第二章，本文著重介紹了卡羅塞爾卷取機(jī)的工作原理及主要構(gòu)件的組成，并分別簡(jiǎn)單的介紹了下各個(gè)構(gòu)件。在第三章，對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)，卷筒裝置，減速裝置，旋轉(zhuǎn)和鎖緊裝置等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了著重的闡述，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合本科所學(xué)的知識(shí)，對(duì)卷取機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。對(duì)卡羅塞爾卷取機(jī)的主電機(jī)、傳動(dòng)軸、齒輪、軸承、聯(lián)軸器、鍵等進(jìn)行參數(shù)計(jì)算、選型以及校核，通過(guò)對(duì)卷筒扇形板和楔形塊的工作原理進(jìn)行剖析以及受力分析，對(duì)卷筒裝置個(gè)組件進(jìn)行了選型。在第四章，本文選取卷筒軸作為研究對(duì)象，利用三維建模軟件INVENTOR對(duì)其進(jìn)行了三維建模，然后利用有限元分析軟件PATRAN對(duì)卷筒軸進(jìn)行了初步的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的分析，解決了一般解析方法無(wú)法對(duì)復(fù)雜截面，復(fù)雜載荷進(jìn)行應(yīng)力分析的問(wèn)題。重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 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