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基于 SolidWorks 拉钢机三维设计及链条优化 刘静 1， 赵亮 2， 安宏进 3 （1.唐山工业职业技术学院 机电工程系，河北 唐山063000；2.渤海石油装备制造有限公司 第一机械厂， 河北 沧州062658；3.唐山冶金矿山机械厂，河北 唐山063000） 拉钢机位于连铸冷床与出坯辊道之间， 处于两出坯 跨交叉相连之处,是连铸出坯系统的关键设备，一旦出现 故障极易造成停产1。 本文对拉钢机进行了结构设计，建立了三维模型。 针 对链传动中多组链条受力不均，导致链条磨损及链片变形 问题，对链条进行了有限元受力分析，得出其受力后的应 力、变形等情况，为选择出最合理最经济的链条提供参考。 1三维造型 三维设计是当今机械设 计的趋势， 三维造型既有更 直观的优点， 还能为有限元 分析、运动分析等打下基础。 本文主要对拉钢机的拉钢部 分进行造型， 主要包括：（1） 套筒滚子链。 链节由内外链 板、套筒、滚子和销轴装配而 成（如图1）。 （2）拉链装置。 由多个零件繁冗复杂装配而 成。 其中，链条和链轮的啮合 最为复杂（如图2）。 （3）拉钢 机完整装配体。 由拉链装置、 工字梁与冷床等几大部分组 成（如图3）。 2链条及链板受力分析 链条是拉钢机上运输拉 料小车的关键零件,主要由链板构成， 本文基于ANSYS 对链板进行有限元分析。 2.1实体模型 实体模型可以从前述三维造型导入，如图4所示。 2.2有限元模型 （1）受力计算： 运用ANSYS分析48A型号链条链板的应力及应变， 首先要计算所受载荷。 不计各种附加动载荷，传动链条的紧边张力F，由有 效圆周力Fe，离心力引起的张力Fc及松边垂度引起的张 力Ff所组成2。 已知Fe=66000N； 因v=0.3m/s，所以离心力引起的张力Fc可忽略不计。 已知Ff=11000N， 可得：F=Fe+Ff=66000+11000=7.7× 103N，最后求出链条销轴孔所受均布载荷为： P=F/A=77000/765×106=101×106N （2）单元类型： 选择常用于结构分析的solid 45。 （3）材料模型：本文采用的链板材质为40Mn，其性能 参数如下： 弹性模量206GPa； 泊松比0.3； 抗拉强度 590MPa；屈服强度350MPa。 （4）约束施加：在链板两侧面施加约束，在中间切断 面施加对称约束3。 摘要：基于SolidWorks完成了拉钢机零部件的三维造型和整体装配，并对其滚子链条进行受力分析基于有限元法分 析得到了链板的应力、应变规律，为链条强度校核和拉钢机设计提供参考。 关键词：拉钢机；SolidWorks； 链条； 有限元 中图分类号：TP391.7文献标识码：A文章编号：10022333（2010）11009902 Three Dimension Design of the Machine Billet Drawer and Optimization of Its Chain Based on SolidWorks LIU Jing1,ZHAO Liang2,AN Hongjin3 （1.Department of Mechanical Engineering, Tangshan Industrial Vocational Technical College, Tangshan 063000, China； 2.1st Machinery Works of Bohai Equipment Manufacturing Co., Ltd., Cangzhou 062658, China； 3.Tangshan Mining SolidWorks; chain; FEM 99 机械工程师2010年第11期 图1套筒滚子链三维模型 图2拉链装置三维模型 图3拉钢机整体装配三维模型图4链板三维模型 制造业信息化 仿真/建模/CAD/CAM/CAE/CAPP MANUFACTURING INFORMATIZATION 购买机床也可以像买房一样办按揭了。 近日，湖北三环成套贸易有限公司 （ 以下 简称 “ 三环成套”） 在湖北省内率先推出 “ 机床 按揭”新业务。 这意味着，今后湖北省内的中小 企业在购买三环成套销售的机床设备时，可通 过首付一定金额，然后以分期付款的方式得到 整套机械设备。 据介绍，企业购买机械设备时，只需交纳 不少于30%的机械设备款项，其余的设备款由 担保公司提供担保，通过向银行贷款支付。 贷 款期限为35年。 还款方式可以选择按季等额 还款，也可提前一次性付清。 三环成套董事长张军表示，民营制造企业处于高速发 展期，设备升级也很快，但资金问题成为其主要的发展瓶 颈， 动辄百万元的机床让一些企业敢想不敢买。“ 机床按 揭”将有效缓解企业在扩大生产规模时的资金压力，为省 内中小企业的发展打一针强心剂。 据了解， “ 机床按揭” 新业务设置了一定的准入门槛， 要求企业地点在湖北省内， 注册资金不低于300万元，经 营状况和信贷记录良好。 购 买 机 床 也 可 以 按 揭 ? 最终的有限元模型 如图5所示。 共有348 单元，564个节点。 2.3分析结果 得出的典型应力云 图如图6所示。图7为特 定路径应力曲线图，路径 为销孔半圆上的点。 由图和曲线可知，链 板销轴孔内部偏中间位 置受应力最大，但整体来 看，应力值远远小于屈服 强度，因此此链条满足使 用要求。 3链板优化 考虑成本方面，48A 型号链条可能不是最佳 选择。 因此，又继续分析 了40B、40A、36A等一系 列链条。 使其在相同载 荷下，分析其应力应变情 况。图8是各型号链板所 受应力的汇总曲线。 根据上述 分 析 ，12A型 号之后的链条 都能满足屈服 极限， 从成本 方 面 考 虑 ， 12A型号的链 条 是 最 佳 选 择。 但要注意 的一点， 满足屈服极限却不一定都能满足静强度要求4， 因此，需进行下一步静强度校核。 静强度计算式为：n=Q/（f1Fe+Ff）np； 分别针对40B等6种型号链条进行计算。 （1）40B：Ff=8066N；n=4.8 np=48，故符合静强度要求。 （2）40A：Ff=8066N；n=4.7 np=48；故符合静强度要求。 （3）36A：Ff=3757N；n=3.9 np=48；若速度较低，从动系统惯性小，不太重要的 传动或作用力的确定比较准确时，np可取较小值， 即np= 36；故符合静强度要求。 （4）32B：Ff=3757N；n=3.6 np=48；若速度较低，从动系统惯性小，不太重要的 传动或作用力的确定比较准确时，np可取较小值， 即np= 36；故符合静强度要求。 （5）32A：Ff=3757N；n=3.2 np=48；若速度较低，从动系统惯性小，不太重要的 传动或作用力的确定比较准确时，np可取较小值， 即np= 36；故符合静强度要求。 （6）28B：Ff=2805N；n=2.9 np=48；若速度较低，从动系统惯性小，不太重要的 传动或作用力的确定比较准确时，np可取较小值， 即np= 36；不符合静强度要求。 综上所述， 根据链板有限元应力情况分析及静强度 校核，32A-1-246 GB/T 1243-1997是最佳选择。 4结语 （1）拉钢机属于工作条件恶劣的冶金设备，运用三维 软件对其进行三维设计，既提高了设计效率，又保证了设 计质量。 （2）拉钢机链条在运动过程中，其上的各个元件都在 应力作用下工作，经过一定循环次数后，链板将会磨损甚 至断裂，本文针对特定型号链条进行了有限元分析，得出 了应力等分布规律。 （3）结合有限元分析和静强度校核，得出型号为32A 的链条是本设计最合理和最经济的选择。 参考文献 1董成斌.浅谈拉钢机的几点改进J.南钢科技，2004（1）：47-48. 2沈昱，安琦，孙林，等.链传动受力分析及计算方法商榷J.机械 科学与技术，2002（2）：220-221. 3刘坤.ANSYS有限元方法精解M.北京：国防工业出版社，2004. 4杨秀芳，张峰.链条传动的受力分析J.机械管理开发，2003 （6）：11-12.（编辑 立明） 作者简介：刘静（1976-），女，讲师，硕士研究生，研究方向为CAD/ CAE/CAM。 收稿日期：2010-08-17 机械工程师2010年第11期100 图5链板有限元模型 图6应力分布云图 图7应力曲线 350 300 250 200 150 100 50 0 OISO48 A 40 A 40 B 36 A 32 A 28 B 24 B 32 A 28 A 24 A 20 B 20 A 16 B 16 A 12 B 图8各型号链板所受应力 仿真/建模/CAD/CAM/CAE/CAPP 制造业信息化 MANUFACTURING INFORMATIZATION