【正文】 真正的鋁板帶軋制是在新中國成立后發(fā)展起來的，1956年11月6日中國第一家大型綜合鋁業(yè)生產(chǎn)企業(yè)東北輕合金有限責(zé)任公司（當(dāng)時(shí)工廠代號為101廠）在蘇聯(lián)的援助下建成投產(chǎn)，開創(chuàng)了中國現(xiàn)代化鋁板帶軋制工業(yè)的先河，從此中國有了現(xiàn)代化的鋁軋制企業(yè)。這也讓我看到了一名工程技術(shù)人員所應(yīng)具有的優(yōu)良品質(zhì)，為我以后走向工作崗位應(yīng)如何去做指明了方向。在我的指導(dǎo)教師賁洪艷老師的悉心指導(dǎo)下，我的設(shè)計(jì)工作嚴(yán)肅但不失活潑，緊張但仍有序。在軋機(jī)機(jī)架的校核過程中，采用了ANSYS軟件，這樣可以大大減輕人的勞動，使得計(jì)算結(jié)果更加的準(zhǔn)確。在計(jì)算中，把斯通公式作為理論依據(jù)，采用圖表法進(jìn)行計(jì)算，這樣避免了直接用斯通公式計(jì)算的繁瑣過程。沒有創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，也就不能堪稱為設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，學(xué)會了如何應(yīng)用所學(xué)的知識來解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中所遇到的問題，從而又鞏固和加深了對大學(xué)所學(xué)知識的理解和掌握。 本章小結(jié)本章主要介紹了軋機(jī)的主電機(jī)的選擇，主電機(jī)選擇的型號為Z5604A，主減速選擇的是ZLY710，介紹了齒輪機(jī)座的設(shè)計(jì)，連接軸的選取為萬向接軸，型號為。齒輪機(jī)座的輪齒形式有：中間有退刀槽的人字齒、人字齒和拼合式雙斜齒三種。其中甩油環(huán)加迷宮密封結(jié)構(gòu)最佳，其特點(diǎn)是密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單。 齒輪機(jī)座的軸承現(xiàn)代化的板帶軋機(jī)的齒輪機(jī)座，多采用滾動軸承，常用的形式為單列向心短圓柱滾子軸承、雙列向心短圓柱滾子軸承、雙列調(diào)心球面滾子軸承和雙列圓錐滾子軸承。圖61 齒輪機(jī)座的結(jié)構(gòu)型式a高窗口開啟式；b矮窗口開啟式；c水平剖分式齒輪機(jī)座的機(jī)架，常用的有鑄鋼、鑄焊和焊接結(jié)構(gòu)型式。表61 電機(jī)的參數(shù)如下編號額定電壓額定功率額定電流額定轉(zhuǎn)速效率勵磁功率轉(zhuǎn)動慣量最大轉(zhuǎn)速Z5604A440V750KW1841A413r/min%1200r/min 主減速器的選擇傳動比為，取傳動比綜合傳動功率和傳動扭矩，取減速器的的型號為ZLY710.表62主減速器的模數(shù)及齒數(shù)分配ZLY7101255/241478/20 齒輪機(jī)座齒輪機(jī)座是板帶軋機(jī)主傳動裝置的重要組成部分，其傳動齒輪承受很大的負(fù)荷，齒輪的圓周速度較高，有的大于25m/s，因此確定結(jié)構(gòu)和參數(shù)時(shí)，應(yīng)力求正確、合理，保證他們正常工作。第6章 軋機(jī)動力及傳動機(jī)構(gòu)第6章 軋機(jī)的動力及傳動機(jī)構(gòu) 軋機(jī)的主電機(jī)選擇查相關(guān)的的資料可知，異步交流電動機(jī)機(jī)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，工作頻率較高，負(fù)載特性硬。如圖57為主接軸準(zhǔn)確停車定位裝置的示意圖。本設(shè)計(jì)采用的是抱閘裝置。為了防止弧形齒接軸軸套下垂，通常在接軸內(nèi)增設(shè)一彈簧，當(dāng)軋輥脫離軸套后，靠彈簧的拉力，使軸套緊貼緣軸套便不會下垂。工作輥正彎缸同時(shí)起平衡缸的作用。本文采用的是兩種方法同時(shí)采用。由于負(fù)彎輥力對工作輥和支承輥來說是個(gè)內(nèi)力，故在調(diào)整彎輥力時(shí)不影響壓下負(fù)荷，因此對壓下系統(tǒng)的干擾很小。工作輥負(fù)彎是將液壓缸安放在工作輥軸承座與支承輥軸承座之間。圖55 工作輥彎曲輥型調(diào)節(jié)示意圖工作輥正彎（圖55）是將液壓缸安放在兩工作輥軸承座之間（與工作輥平衡油缸相類似）。此外，在換支承輥和工作輥時(shí)，為了將軋輥組件提起，需要在機(jī)架下部另設(shè)提升缸。圖54軋機(jī)的平衡與彎輥缸布置示意圖1上工作輥負(fù)彎缸；2支承輥平衡缸；3下工作輥正彎、壓緊缸；4下工作輥負(fù)彎缸；5輥縫調(diào)整裝置（液壓缸）；6上工作輥、正彎平衡缸 四輥軋機(jī)上軋輥平衡裝置的特點(diǎn)由于工作輥與支承輥間靠摩擦傳動，且工作輥與支承輥的更換周期不同，工作輥與支承輥要分別平衡；一般薄板和帶鋼軋機(jī)在工作時(shí)上軋輥移動行程較小（行程加大是為了滿足換輥的要求）；由于工作輥更換頻繁，平衡裝置必須考慮換輥方便；在某些單張軋制的單機(jī)座可逆式四輥軋機(jī)上，工作輥的平衡裝置應(yīng)滿足空載加減速時(shí)工作輥和支承輥間不打滑要求。 液壓壓下油缸的選擇通過三維建模，分別設(shè)置每個(gè)件的材料，然后測得每一部分的重量，見下表表51 軋機(jī)工作機(jī)座各部分的重量上工作輥輥系總重下工作輥輥系總重 t上支承輥輥系總重 t下支承輥輥系總重 t輥系總重液壓缸的選用通常，平衡力 （56）式中 Q平衡系統(tǒng)產(chǎn)生的最小平衡力（KN）； G被平衡件的重量（KN）； K過載系數(shù)，通常；利用液壓壓下時(shí)： （57） 式中 液壓缸的數(shù)量； P液壓壓下缸的工作壓力（MPa）； 液壓缸的直徑取,P=16MPa,代入計(jì)算得，考慮優(yōu)先數(shù)列取液壓缸內(nèi)徑為140mm,活塞桿的直徑取為100mm,速比為2，液壓缸的行程為160mm,UYWE11140*160*75516 軋制線調(diào)整裝置21為保證軋制線恒定,輥縫調(diào)整方便,軋機(jī)在軋機(jī)牌坊上橫梁設(shè)抽動粗調(diào),斜楔精調(diào)機(jī)構(gòu),以及墊片調(diào)節(jié)軋制線,粗調(diào)分4級,每級20mm,精調(diào)從0～25mm范圍內(nèi)無級調(diào)整,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。液壓壓下裝置的控制方式有以下三種：以軋機(jī)出口測厚儀檢測帶鋼出口厚度偏差所得信號作為主反饋量來控制液壓壓下裝置。由于采用了高靈敏度、高精度的位置檢測，從而提高了軋輥的位置精度，實(shí)現(xiàn)了軋機(jī)輥縫的精確調(diào)整。典型的直接位置控制式液壓軋機(jī)又稱為全液壓軋機(jī)，也是目前最完善的一種型式。液壓柱塞不進(jìn)行位置控制，這是用于箔材軋機(jī)或平整機(jī)上的早期的液壓壓下裝置。在軋制過程中出現(xiàn)故障，或當(dāng)軋制壓力超過了額定數(shù)值時(shí)，軋輥上的載荷可快速消除，從而防止工作機(jī)座各承載零件的損壞，保證軋機(jī)的正常工作。3）采用液壓壓下，可得到較高的軋輥位置精度。2）采用液壓壓下，可以改變和控制軋機(jī)工作機(jī)座的剛度。板帶軋機(jī)的軸向負(fù)荷較小，在計(jì)算時(shí)可大致取軸向負(fù)荷等于軋輥上的平均壓力的2~10%[24]。它符合實(shí)際的軸承壽命，必須準(zhǔn)確的確定動負(fù)荷。軸承外圈與軸承座孔之間的配合也采用動配合。由于軸承中裝有多列滾柱，故承載能力高，但是它不能承受軸向負(fù)荷，必須增設(shè)單獨(dú)的止推軸承。由于滾動軸承具有磨擦系數(shù)小、精度高、運(yùn)轉(zhuǎn)安全、維護(hù)簡單，產(chǎn)品易于系列化、能成批生產(chǎn)。圖410 軋機(jī)機(jī)架Z方向的應(yīng)力圖從圖411中。圖46 軋機(jī)機(jī)架Y方向的位移圖從圖47，機(jī)架Z方向的位移圖，,，當(dāng)機(jī)架受力產(chǎn)生水平撓度后，軸承座仍可沿窗口自由滑動，滿足使用要求。圖44 軋機(jī)機(jī)架的變形前后對照圖X方向的位移圖,在x方向的最大位移發(fā)生在橫梁上部的中間位置。 軋機(jī)機(jī)架的網(wǎng)格劃分由于本次設(shè)計(jì)的是閉式機(jī)架，采用八節(jié)點(diǎn)單元類型SOLID45brick 8note 45六面體單元，利用MeshTool完成網(wǎng)格的自動劃分。在計(jì)算過程中做了以下幾點(diǎn)假設(shè)假設(shè)：每片牌坊（機(jī)架）僅在上下橫梁的中間斷面處受有垂直力P，且此二力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，即機(jī)架的外負(fù)荷是對稱的。 在后處理中，ANSYS提供了兩個(gè)后處理器： (1)通用后處理器（POST1）：用來觀看整個(gè)模型在某一時(shí)刻的結(jié)果。 在進(jìn)行求解之前，用戶應(yīng)進(jìn)行分析數(shù)據(jù)檢查，包括以下內(nèi)容： (1)單元類型和選項(xiàng)、材料性質(zhì)參數(shù)、實(shí)常數(shù)以及統(tǒng)一的單位制。在ANSYS的加載和求解中，有幾種載荷的類型： (1)自由度DOF：定義節(jié)點(diǎn)的自由度（DOF）值（例如，結(jié)構(gòu)分析的位移、熱分析的溫度、電磁分析的磁勢等）。 (3)在ANSYS環(huán)境中直接創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)和單元。它包括創(chuàng)建實(shí)體模型，定義單元屬性，劃分有限元網(wǎng)格，修正模型等幾項(xiàng)內(nèi)容。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過每個(gè)單元的流率。 (7)聲場分析 聲場分析主要用來研究主流體（氣體、液體等）介質(zhì)中聲音的傳播問題，以及在流體介質(zhì)中固態(tài)結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)特性。 (5)熱力學(xué)分析 ANSYS可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對流和輻射。 (3)結(jié)構(gòu)非線性分析 結(jié)構(gòu)非線性問題包括分析材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。ANSYS程序中的靜力析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸問題的分析。可用來求結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題的解答。 ANSYS是一種應(yīng)用廣泛的通用有限元工程分析軟件。
ANSYS 功能簡介 ANSYS公司是由美國匹茲堡大學(xué)力學(xué)系教授、有限元法的權(quán)威、著名的力學(xué)專家John Swanson博士于1970年創(chuàng)建而發(fā)展起來的，其總部位于美國賓夕法尼亞洲的匹茲堡市，目前是世界CAE行業(yè)最大的公司之一。利用幾何方程、本構(gòu)方程和變分原理最終得到單位剛度矩陣。 (2)選擇位移插值函數(shù)。 (3)采用矩陣形式表達(dá)，便于編制計(jì)算機(jī)程序，可以充分利用高速計(jì)算機(jī)所提供的方便。由于單元剛度經(jīng)過組集，可以得到整體剛度矩陣，進(jìn)而便可以得到單元內(nèi)任意點(diǎn)的位移、應(yīng)力、應(yīng)變以及單元節(jié)點(diǎn)力與單元節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，進(jìn)而可以解決結(jié)構(gòu)的特征問題和響應(yīng)問題。有限單元從20世紀(jì)50年代至今，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，不斷開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，五十多年來，有限單元法的應(yīng)用已由彈性力學(xué)平面問題擴(kuò)展到空間問題、板殼問題，由靜力平衡問題擴(kuò)展到穩(wěn)定性問題、動力問題和波動問題，分析的對象從彈性材料擴(kuò)展到塑性、粘彈性、粘塑性和復(fù)合材料等，從固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)電磁學(xué)等領(lǐng)域[17]。現(xiàn)代有限單元法第一個(gè)成功的嘗試，是將剛架位移法推廣應(yīng)用于彈性力學(xué)平面問題，這是美國的Turner，Clough等人于1956年在分析飛機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)得到的成果。有限單元法的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個(gè)、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元，單元之間僅靠節(jié)點(diǎn)連接。所以傳動側(cè)窗口寬度=1400mm。機(jī)架的主要結(jié)構(gòu)尺寸包括：機(jī)架窗口高度（H）和寬度（B）以及機(jī)架立柱斷面尺寸（F=LB）如圖41。機(jī)架的安裝底面上只有一排孔。這種機(jī)架除剛性好外，制造精度也容易保證，制造費(fèi)用也較低。軋制力臂,mm工作輥軸承處的反力,KN支承輥給工作輥的反力，KN256434183073295029672419傳動工作輥所需要的力矩，軋制速度軋制功率 本章小結(jié) 本章完成了1050A的軋制工藝規(guī)程的制定，計(jì)算得到了最大軋制力3500KN，最大軋制力矩為60，最大的軋制功率取為600，第4章 軋機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)第4章 軋機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)機(jī)架是軋機(jī)設(shè)備中最大、最重要的構(gòu)件，其強(qiáng)度和彈性變形直接影響著設(shè)備的可靠性和產(chǎn)品的尺寸精度。表32 鋁冷軋時(shí)的摩擦系數(shù)值合金潤滑劑輥面狀態(tài)鋁及鋁合金~無粗磨的淬活鉻鋼輥~煤油~輕機(jī)油~無粗磨的淬火鉻鋼輥、輥面粘鋁~煤油與機(jī)油~乳液 軋制力距和軋制功率的計(jì)算 軋制力距的計(jì)算工作輥相對支承輥有偏移的四輥軋機(jī)輥系的受力，如圖31。 軋制速度的選取根據(jù)1050A軋制的經(jīng)驗(yàn)[10]，選取軋制速度為 平均單位壓力和總軋制壓力表31 四輥不可逆式軋機(jī)1050A的軋機(jī)壓下規(guī)程設(shè)計(jì)序號軋制道次1234561軋前厚度H,mm2軋后厚度h,mm3壓下量，mm4道次壓下率，%5變形區(qū)長度，mm6變形區(qū)形狀系數(shù)7前后張應(yīng)力，MPa22/2627/3129/3331/3632/3032/30序號軋制道次1234568軋前的冷加工變形程度,%09軋后的冷加工變形程度,%10累計(jì)壓下率的平均值，%11平均變形抗力，MPa9512314215215916012平均變形抗力，MPa13平均張應(yīng)力， MPa24293134313114張力影響后的抗力, MPa15摩擦系數(shù)16計(jì)算系數(shù)17計(jì)算系數(shù)18計(jì)算系數(shù)19，mm2021平均單位壓力，Mpa22軋制總壓力P,KN256434183073295029672419計(jì)算說明：（1）第3~5項(xiàng)，,，； （2）第7項(xiàng)，為軋后的屈服極限，由查得[11]。假設(shè)鋁板軋機(jī)軋輥的軋制力，可近似地看成是沿軋件寬度均布的載荷，并且左右對稱，軸承的支持力近似看成集中力，下支撐輥的受力如圖23所示圖23 支承輥的受力分析其中，356mm,根據(jù)計(jì)算算的最大軋制力為 （228）（52）輥身中央斷面的彎曲力矩為 （229）彎曲應(yīng)力為 （230）輥徑危險(xiǎn)斷面上的彎矩為 （231）對于輥徑上的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分別為 （232） （2