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.doc

安徽工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書共頁(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。SMS機(jī)械已經(jīng)在包含彎輥在內(nèi)的設(shè)備分析領(lǐng)域進(jìn)行了許多工作，接著Torrington也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了研究。安徽工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書共頁(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)ANSYS這個(gè)有限元分析軟件來(lái)完成的。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（FEA）上的消耗。用STIF45(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STIF52（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ANSYS和其他程序分析軟件之間在轉(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)室開發(fā)的GENROL軟件可以用來(lái)確定軋輥載荷的分配以及軸承壽命，通過(guò)GENROL的第一部操作，把軸承和圖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ANSYS有限元模型我們可以知道軋輥初始載荷分布情況，并籍ANSYS計(jì)算出軸承和軸承座的變形和應(yīng)力的輸出值。載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，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ANSYS完成對(duì)軸承外圈變形值計(jì)算的一些小的修正步驟。Torrington提出了如下的方程式以完成這些修正：C.F.xOldValue+CalculatedValueNewvalue=1.0+C.F.Correctionfactor(修正因數(shù)C.F.)=8.0新值(NewValue)就是下一次迭代時(shí)的舊值(OldValue)。修正因數(shù)C.F.由對(duì)一個(gè)與值相近似的簡(jiǎn)單模型的測(cè)試和錯(cuò)誤分析中獲得。由ANSYS初處理之后的外圈變形修正值是下一步GENROL分析的基礎(chǔ)。GENROL向有限元模型輸入新的軋輥載荷分布情況以定義一個(gè)新的外圈和軸承座的變形情況。GENROL持續(xù)的迭代運(yùn)算可以在準(zhǔn)確的外圈變形、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ANSYS最終運(yùn)行所得到的應(yīng)立及變形結(jié)果和由GENROL計(jì)算出的軸承壽命被用來(lái)判斷設(shè)備的穩(wěn)定性。由（圖8-a所示的）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GENROL計(jì)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8a-8f以及圖9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)?1（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)，75.86%的載荷作用在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54