手机直线：
咨询热线：0571-56211150
某厂紧凑式轧机由四根拉杆将上、下辊轴承座联起来，轧制力由四根拉杆承受。在生产中发现拉杆的钩头部位经常发生疲劳裂纹，导致拉杆断裂，造成严重的停产损失。采用三维有限元分析法对拉杆进行强度分析，从而对拉杆进行结构改造。
为了简化模型，拉杆的螺杆部分略去不计，拉杆内部的一些小螺孔由于对整体应力影响不大，也未考虑在计算模型之内，有限元模型采用三维实体单元，并在螺杆所在一端施加完全约束，作为固定端。
对拉杆的载荷看作作用于拉杆钩头平面上的均布载荷。轧机的轧制力以1100kN计，而四根拉杆的总载荷为1078kN，则一根拉杆所受压力为269.5kN，圆角半径为6mm，均布压力为38.99MPa。
拉杆底部钩头部位的应力最大，且处于各向受拉应力状态，应按最大主应力进行强度校核。钩头R6圆角处的最大主应力值最大，达215.2MPa，也正是该处出现裂纹导致拉杆断裂。拉杆螺纹端钩头部位也存在较大的应力集中，其最大主应力达171.0MPa。
由于拉杆的钩头圆角处存在较大的应力集中现象，因此在结构上对其进行以下改造：
1)将拉杆底部钩头宽度由218mm增大到329mm，增加受力面积。
2)将钩头的圆角半径由6mm增加到12mm，缓解应力集中的情况。
改造后的拉杆三维有限元模型的实体单元、约束条件和改造前一样，但所受载荷发生改变。
改造后，拉杆的最大应力部位仍是两端钩头圆角处。但底部钩头圆角处的最大主应力由改造前的215.2 MPa下降到128.8MPa；螺纹端钩头圆角处的最大主应力由改造前的171.0 MPa下降到146.1 MPa。
该轧机机组一年产量以105万t计，每根钢坯重2.1t，即每年轧制5X105根钢坯。拉杆寿命以10年考虑。同时考虑各种因素，包括应力集中、尺寸、表面粗糙度的影响。由于拉杆受力最大的部位的应力状态是三向受拉，因此应以第一强度理论(最大拉应力准则)来评价拉杆的强度。取可靠度P=99.900；尺寸影响系数0.583；表面粗糙度影响系数；考虑安全系数为1.2，计算得到拉杆许用疲劳应力为186.09N计算结果显示改造前立辊拉杆钩头最大拉应力达到215.2MPa，超过了疲劳极限。而改造后最大拉应力为146.1MPa，可见改造的效果是明显的。
1)拉杆应力较大区域集中在底部和螺纹端的钩头圆角处，其他位置应力值较小。
2)拉杆应力最大的几个部位的应力状态皆为三向受拉，应按最大拉应力进行强度分析。
3)改造前最大主应力最大值位于底部钩头端圆角处，其值为215.2MPa，改造后最大主应力最大值位于螺纹端钩头圆角处，其值下降到146.1MPa可见拉杆改造效果明显。
4)以拉杆寿命为10年计，则许用疲劳应力为186.09MPa，改造前最大拉应力达到215.2MPa超过了疲劳极限。而改造后最大拉应力为146.1MPa，小于疲劳许用应力。
5)改造后的拉杆已工作三年，至今未出现疲劳裂纹。实践证明，该项改造是成功的。
专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
杭州那泰科技有限公司
本文出自杭州那泰科技有限公司www.vwnkzix.cn，转载请注明出处和相关链接！