【正文】 根據(jù)滑柱的受力狀況，將上述力轉換成面力后，對滑柱端面進行加載和施加約束，然后進行求解。根據(jù)上一章卷取軸仿真運動的結果，可以從adams的處理中得到滑柱受力情況。、?；牟牧蠟?0Cr，根據(jù)材料可定義彈性模量為，泊松比PRXY = ，由于結構簡單可通過自由網(wǎng)格劃分方法,使滑柱生成網(wǎng)格。生成節(jié)點和單元的網(wǎng)格劃分過程包括兩個步驟:（1）定義單元屬性（2）定義網(wǎng)格尺寸并生成網(wǎng)格。 滑柱結構模型的建立根據(jù)文中第二章滑柱的斜面角、主軸孔的尺寸及脹縮量可分別確定鉗口下滑柱Ⅰ的結構尺寸和楔形塊下滑柱Ⅱ的尺寸，然后根據(jù)二維模型，用UG建立滑柱的三維模型。 滑柱數(shù)量的優(yōu)化，在3個楔形塊下的每一列由11根。在整個結構中，極限應力出現(xiàn)在扇形板比較薄的安裝蝶形彈簧處，最大應力為。因此分析接觸部位，可為改進扇形板和楔形塊的加工精度做理論支撐。由曲線可知扇形板和楔形塊的接觸應力也是中間部位較大，而兩端幾乎為零。由此曲線可知卷取軸扇形板中間部分的變形量較大，而兩端因為有輔助零部件支撐，變形量很小。 模型求解及分析從后處理中知最大變形量出現(xiàn)在扇形板的中間位置。（5）打開時間步長預測器選項。 （4）如果在迭代期間接觸狀態(tài)變化，可能發(fā)生不連續(xù)，為了避免收斂太慢，使用修改的剛度矩陣，將牛頓拉普森選項設置成FULL，不要使用自適應下降因子。可在Number of substeps設置載荷子步數(shù)為50。故可在Analysis Option選項中選擇Large Displacement Static，設置時間步長為1，且打開自動時間步長。本例的面一面接觸分析，可根據(jù)下面的要求進行設置：（1）時間步長必須足夠小以描述適當?shù)慕佑|。、分別為楔形塊和扇形板在接觸點的接觸半徑；為：,其中、為兩接觸物體材料的泊松比、為兩接觸物體材料的楊氏模量因此有： 求解設置接觸問題的收斂隨具體問題的不同而不同。（4）接觸表面應力及變形理論分析接觸應力和變形問題的分析在于：計算接觸部位的應力分布、接觸面的形狀和尺寸、以及兩物體的互相趨近量，就卷取軸而言，在漲開工作狀態(tài)下主要分析楔形塊和扇形板之間的接觸情況。劃分的總單元數(shù)為33789，節(jié)點數(shù)為57546， 接觸對模型 有限元模型（3）邊界條件因為建立的是六分之一的卷取軸模型，所以在楔形塊和扇形板剖面處施加對稱約束?？紤]到模型的形狀不規(guī)則且尺寸較大，采用自由網(wǎng)格進行劃分。目標單元與接觸單元要覆蓋在分析模型接觸面之上的一層特殊單元，目標面采用target170單元，接觸單元采用contact174單元。扇形板與楔形塊的彈性模量相等，此模型屬于面面接觸分析中的柔體—柔體接觸問題。（4）如果高階單元位于一個外表面，而低階單元位于另一個面，則有高階單元的面應指定為接觸面，低階單元的面為目標面。（2）當凸面與一個平面或凹面接觸時，則平面或凹面應當被指定為目標面。接觸單元定義的原則：目標單元可以穿透接觸面，但是接觸單元不能穿透目標面。因為扇形板和楔形塊模型不規(guī)則，因此本文選取的單元類型為四面體單元solid187。但是用四面體單元時，總節(jié)點數(shù)比六面體單元多，計算量會增大很多。、 簡化后軸向模型 簡化后的端面模型 有限元模型的建立（1）單元類型的選擇一個六面體單元節(jié)點比四面體單元的節(jié)點少，因此計算規(guī)模就小些，但是對于復雜的結構是很難劃分出好的六面體單元的，且會出現(xiàn)退化現(xiàn)象。整個卷取軸就成了一個中心對稱的模型。 根據(jù)第四章參數(shù)及徑向壓力計算公式（）,當取時, 可得。（9）求解及檢查結果[55]。加載過程與其他的分析類型相同。（6）控制剛性目標的運動。（5）設置實常數(shù)和單元關鍵字。ANSYS程序使用二維接觸單元CONTA17CONTA172或三維接觸單元CONTA17CONTA174定義柔性體的接觸面。在三維情況下，目標面的形狀可以通過三角面、圓柱面、圓錐面和球面來描述，所有這些都可以用TARGE170單元來表示。（3）定義剛性目標面。（2）識別接觸對。與其他分析過程一樣，包括設置單元類型、實常數(shù)和材料特性等。目前,隨著計算機技術的發(fā)展,出現(xiàn)了一些優(yōu)秀的大型軟件,這為卷取軸的精確建模提供了可能,也對卷取軸的深入研究創(chuàng)造了條件。卷取機工作的好壞, 直接影響到機組的工作性能, 影響到帶材的厚度精度、板形精度以及卷材的卷取質量, 卷取軸為卷取機的主要部件，所以卷取軸的結構設計尤為重要。因此使用ANSYS對相關問題進行求解。前處理模塊具有強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型；分析計算模塊包括結構分析、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種介質的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。同時由于接觸分析是一種高度狀態(tài)非線性行為，求解這類問題需要消耗大量的計算機資源，因此為有效地建立模型并求解，對接觸問題的物理實質進行分析顯得非常重要。接觸問題的物理實質由兩點：一是不同物體或同一個物體的不同部分接觸（即之間最小的間隙為零或者在允許的范圍內(nèi)）；二是接觸部分的表面相切。典型應用包括：動態(tài)沖擊、金屬成型、螺栓連接、部件裝配、過盈配合、只壓邊界等。而接觸是一種常見的物理現(xiàn)象，是常見的非線性問題。這三種結構非線性在日常生活中有很多實際的應用和體現(xiàn)。結構非線性導致結構或部件的響應隨外載荷不成比例的變化。(6)求解未知結點位移、節(jié)點內(nèi)力、單元應變、應力計算[5152]。一是由各個單元的剛度矩陣集合成整個物體的整體剛度矩陣。(5)集合所有單元的剛度方程，建立整個結構的平衡方程。(4)計算等效結點力。一般選擇多項式來作為單元內(nèi)的位移解或插值函數(shù)或位移模式。所以待分析的結構必須用恰當?shù)挠邢迒卧獊砟M，離散化需要確定單元的類型、尺寸大小、數(shù)量和構成順序。有限單元法的分析過程大致可以分為以下六個基本步驟：(l)結構的離散化。它實質上看，有限元法與里茲法是等效的。最后比較了仿真的漲縮缸的推力與實際的推力，從而確定了漲縮液壓缸的推力，與實際情況相符，故可根據(jù)仿真所得的曲線規(guī)律來確定油缸的相關參數(shù)，為以后設計卷取機液壓缸提供了一種新的研究方法。 本章小結為研究卷取機漲縮液壓缸的參數(shù)，本章是通過模擬卷取軸漲縮過程的仿真方法來確定的。綜合考慮本文研究的卷取軸結構及以上的研究，故可取來確定徑向壓力。由此可計算出在33根滑柱作用下油缸的推力。從圖上可以看出對稱布置的楔形塊Ⅱ和楔形塊Ⅲ的縮徑的位移相同，扇形板Ⅰ和扇形板Ⅱ縮徑相同，因為楔形塊Ⅰ的端面尺寸小于另外兩個的尺寸且比另外兩個楔形塊多受蝶形彈簧的力，故楔形塊Ⅰ的位移和扇形板Ⅲ的位移偏差較大，但總體滿足脹徑的范圍。分別測量3塊扇形板和3塊楔形塊的位移如下圖（單位：m）所示： 楔形塊Ⅰ的位移曲線圖 楔形塊Ⅱ的位移曲線圖 楔形塊Ⅲ的位移曲線圖 扇形板Ⅰ的位移曲線圖 扇形板Ⅱ的位移曲線圖 扇形板Ⅲ的位移曲線圖在以上設定的情況下對系統(tǒng)進行仿真。當滑動速度等于Friction Transition Velocity指定值時，摩擦系數(shù)為Dynamic Coefficient。當滑動速度等于Stiction Transition Velocity指定值時，摩擦系數(shù)為Static Coefficient。Dynamic Coefficient—接觸點處滑動速度大于Friction Transition Velocity值時的摩擦系數(shù)。式中：—接觸物體之間的實測位移變量；—速度變量；—阻尼系數(shù)；—穿透距離：—位移開關量，用來確定單側碰撞是否起作用；—彈簧力剛度系數(shù)；—非線性彈簧力指數(shù)；由于楔形塊與扇形板，滑柱與芯軸都有滑動摩擦，故需要設定庫倫摩擦?；谂鲎埠瘮?shù)的接觸算法（IMPACTFunctionbased contact）。扇形板、楔形塊、滑柱、芯軸之間相互接觸，故兩兩之間添加接觸力。因此，我們用的是UG創(chuàng)建模型。均勻布置在一個端面上）均勻布置在芯軸軸向上，故可簡化成中間1組，對這一組進行受力分析，所以芯軸所受到的軸向力是這一組施加力的11倍，也就是油缸的推力。因為蝶形彈簧只是使扇形板產(chǎn)生徑向力，故只需在扇形板上添加蝶形彈簧施加的徑向力，略去蝶形彈簧。 仿真模型的簡化根據(jù)卷取機脹徑的工作狀態(tài)以及計算仿真的硬件的限制，可將固定鉗口、活動鉗口和楔形塊Ⅰ簡化為一個新的楔形塊，因為三者整體運動狀況與另外兩塊楔形塊運動狀況相同。根據(jù)所選的卷取軸可取文獻[22]公式： （47）其中 , 取，則式中：—卷取單位張力，為卷取張力，為帶寬，為帶厚；—帶卷最大外半徑 —當量卷取軸的外半徑，即、—為帶卷的泊松比和彈性模量,、—為卷取軸的泊松比和彈性模量，,由卷取軸個參數(shù)及張力計算公式可得 將上述各量代入可得根據(jù)以上參數(shù)及公式（47）可得如下數(shù)據(jù)： 卷取軸受力表/mm /MPa/MPa其中/N其中/mm2/N其中/mm240010610550010610560010610575010610596010610橫坐標為鋁帶材卷取半徑，縱坐標為受力大小。根據(jù)上述參數(shù)及公式（46） 卷取軸受力表/mm /MPa/MPa /N其中 /mm2 /N其中 /mm240091017926549150099139528918160010074992938787501011699295104960101209429530橫坐標為鋁帶材卷取半徑，縱坐標為受力大小。（1）根據(jù)本文公式進行受力計算。使用ADAMS軟件，可以自動生成運動學和動力學數(shù)字化虛擬樣機模型，可以讓用戶在計算機里進行各種方案論證和修改。（9）支持同大多數(shù)CAD、FEA和控制設計軟件之間的雙向通信[4748]。（7）求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動力學方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。（5）具有強大的函數(shù)庫供用戶自定義力和運動發(fā)生器。（3）具有先進的數(shù)值分析技術和強有力的求解器，使求解快速、準確。由于ADAMS具有通用、精確的仿真功能，方便而友好的用戶界面和強大的圖形動畫顯示能力，所以ADAMS已經(jīng)被全世界各行各業(yè)的制造商采用。為解決這一問題，對卷取軸的漲縮過程進行動力學數(shù)值仿真，考察縮徑過程中，扇形板和楔形塊的運動變化以及芯軸受力的變化情況。以本文所研究的卷取機卷取軸漲縮液壓缸為例, 按理論推導出的液壓缸缸徑偏大，與實際不符，因此有必要得出實用的漲縮液壓缸參數(shù)。將式（45）代入（44）得 運用仿真方法確定漲縮缸參數(shù)卷取軸為卷取機的主要部件，在卷取過程中能使鋁帶材脹緊，不坍縮，油缸的選擇是關鍵。第4章 卷取軸漲縮缸參數(shù)的研究第4章 卷取軸漲縮缸推力的研究 卷取軸漲縮機構受力分析 漲縮機構受力圖 工作時漲縮機構受力分析圖 1—滑柱；2—芯軸 1—滑柱；2—芯軸卷取機工作時，“1”為自由體，寫出平衡方程式 （41）式中 —為斜楔摩擦表面的摩擦系數(shù)，計算時，?。ㄓ辛己脻櫥瑫r）。而且在裝配中，可以參照其他組件進行組件配對設計，并可對裝配模型進行間隙分析、重量質量管理等操作。UG 。 楔形塊三維模型圖 扇形板三維模型圖 主軸三維模型圖 輔助軸體三維模型圖 壓環(huán)三維模型圖 固定鉗口 活動鉗口虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，通過建立產(chǎn)品數(shù)字化裝配模型，可以用虛擬產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)設計中的物理樣機，能夠方便的對產(chǎn)品的裝配過程進行模擬與分析，可以驗證裝配設計和操作的正確與否，以便及早發(fā)現(xiàn)潛在的裝配問題，預估產(chǎn)品的裝配性能，并將這些裝配信息反饋給設計人員，對模型進行修改，并通過可視化顯示裝配過程。三維模型還可直接用于工程分析，盡早發(fā)現(xiàn)設計的不合理之處，大大提高設計效率和可靠性。最終所得的卷取軸如下圖所示：直徑Φ508mm的卷取鋁帶材卷取軸 Φ508mm卷取軸結構裝配圖 卷取軸的建模及虛擬裝配 二維工程圖形用來表達三維世界中的物體時，需要借助抽象思維在人腦中重構三維模型，過程復雜且容易出錯。鉗口設在兩個楔形塊連接處,脹徑時鉗口夾緊；縮徑時鉗口張開,可以喂帶。卷取軸的漲縮是通過液壓缸推動主軸中間的芯軸及滑柱來實現(xiàn)的。卷取軸采用液壓缸來控制實現(xiàn)漲縮徑,工作平穩(wěn)、可靠。卷取軸是卷取機的核心部分,是用來進行卷取帶材的。這樣, 帶卷內(nèi)層不會出現(xiàn)局部塌卷和表面壓痕,有利于提高帶卷質量。在高速鋁帶冷軋機組卷取機的設計中, 若采用無鉗口的卷取軸, 進一步改善截面的對稱性, 更加提高了卷取軸的動平衡性；（3）卷取軸脹開時, 三個扇形板和三個徑向楔形塊構成了封閉的圓柱筒。（2）閉式四斜楔卷取軸橫截面的幾何對稱性好, 故動平衡性能高, 適于高速卷取。卷取軸旋轉將酸洗后的帶材卷成卷料, 利用卷取軸的漲縮把卷料卸下, 從而實現(xiàn)卷取機的卷取和卸卷工作。傳動系統(tǒng)由電機、