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卷取機(jī)的用途是收集超長軋件，將其卷繞成卷以便儲(chǔ)存和運(yùn)輸。卷取機(jī)是軋鋼車間的重要輔助設(shè)備，在帶材和線材生產(chǎn)中均被廣泛應(yīng)用。軋鋼生產(chǎn)實(shí)踐證明，卷取機(jī)的工作狀態(tài)直接影響著軋機(jī)，特別是連軋生產(chǎn)能力的發(fā)揮。因此，對(duì)強(qiáng)力、高速卷取設(shè)備的研究一直受到重視。
卷取機(jī)的卷筒軸是卷取機(jī)的主要部件，由于卷筒軸的制作成本相對(duì)比較高，所以要在滿足生產(chǎn)要求的條件和軸承壽命下盡量減輕軸的重量。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是用材料力學(xué)計(jì)算出軸的應(yīng)力、變形和軸承壽命，由于用材料力學(xué)計(jì)算時(shí)的假設(shè)很多，所以模型過于簡(jiǎn)化，和實(shí)際的模型有很大的差別，計(jì)算出來的應(yīng)力和變形與實(shí)際工作情況差別比較大。而運(yùn)用有限元分析技術(shù)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，得出的應(yīng)力分布和變形情況與實(shí)際工作情況比較接近，這樣可以比較準(zhǔn)確地得出卷筒軸在不同軸徑，軸間距和卷重下的應(yīng)力分布和變形情況，從而可以對(duì)所研究的卷筒軸提出改進(jìn)措施，為卷筒軸的分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供必要的參數(shù)和依據(jù)。
本研究所說的方法是在研究人員首先根據(jù)卷取機(jī)卷筒軸設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的各種土況(如載荷變化、軸徑變化和軸問距變化等)條件下，作大最的有限元計(jì)算的基礎(chǔ)上，把得出的數(shù)據(jù)用Natlb擬合出數(shù)學(xué)模型，使后來的設(shè)計(jì)人員利用這些簡(jiǎn)單公式(但所達(dá)到的計(jì)算效果相當(dāng)于有限元分析)，快捷方便地設(shè)計(jì)出符合要求的卷筒軸。鑒于實(shí)際研究中所考慮的工況條件很多，為了對(duì)這種有限元建模方法思路加以說明，本研究僅以前軸徑為380mm，后軸徑為300m，鋼卷重量為16t，沒帶外支撐情況下，軸承間距從1100-1800mm，間隔100mm變化一次，對(duì)卷筒軸作有限元計(jì)算和分析，然后用計(jì)算結(jié)果擬合出相應(yīng)的公式。
為了盡里體現(xiàn)卷筒軸的真實(shí)結(jié)構(gòu)，從而可以獲得比較接近實(shí)際的應(yīng)力分布情況，變形和軸承支反力，為此作者采用實(shí)體模型。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析，首先需進(jìn)行有限元離散。即劃分網(wǎng)格使結(jié)構(gòu)成為一離散的連續(xù)實(shí)體。按照網(wǎng)格劃分原則，對(duì)結(jié)構(gòu)表面為平面的，使用六面體單元，表面為曲面的則使用四面體單元。由于卷簡(jiǎn)軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，階梯和倒角比較多，所以本模型采用四面體單元。在劃分網(wǎng)格時(shí)，理論上網(wǎng)格越密越好，由于所建的模型是實(shí)體模型，網(wǎng)格數(shù)t比殼體和梁?jiǎn)卧嗟枚啵⑶矣捎陔娔X處理網(wǎng)格數(shù)且的能力有限，在此采用的網(wǎng)格長度是10，圖為卷簡(jiǎn)軸的三維實(shí)體模型和模型的網(wǎng)格圖。
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