【摘 要】
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机械结构良好的动态特性是保证设备安全可靠运行的前提。结构动态设计可使设计者于设计阶段预估产品动态特性,并根据要求对结构进行参数设计或修改,从而使产品满足高性能、低振动和轻量化等要求。轧机振动形式主要包括主传动系统的扭转振动和机座系统的垂直振动,轧机振动不仅危害板带质量,还会影响轧机的使用寿命,故轧机的动态设计研究尤为必要。本课题以某六辊轧机为研究对象,利用动态设计理论方法,对轧机进行基于灵敏度分析
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机械结构良好的动态特性是保证设备安全可靠运行的前提。结构动态设计可使设计者于设计阶段预估产品动态特性,并根据要求对结构进行参数设计或修改,从而使产品满足高性能、低振动和轻量化等要求。轧机振动形式主要包括主传动系统的扭转振动和机座系统的垂直振动,轧机振动不仅危害板带质量,还会影响轧机的使用寿命,故轧机的动态设计研究尤为必要。本课题以某六辊轧机为研究对象,利用动态设计理论方法,对轧机进行基于灵敏度分析和修改结构重分析的动态设计研究,以提升轧机动态特性。(1)对轧机主传动系统各元件进行简化,建立了主传动系统分支式动力学模型,计算各元件转动惯量和扭转刚度并建立了主传动系统数学模型。利用振动理论求解了主传动系统固有频率、振型和扭矩放大系数,且分析了系统相邻固有频率的比值对扭矩放大系数的影响。(2)建立了轧机机座系统的三维模型并做了必要的模型简化,通过有限元软件ANSYS Workbench建立了机座系统的有限元模型。利用有限元软件模态分析模块得到了机架、机座和上辊系的固有频率和振型,利用有限元软件响应分析模块对机架和机座进行了谐响应分析。(3)确定系统相邻固有频率比值为主传动系统动态设计的目标参数。利用灵敏度分析方法,计算了主传动系统固有频率对各元件转动惯量和扭转刚度的灵敏度值,分析了灵敏度值较大的转动惯量和扭转刚度对系统固有频率的影响规律并确定了设计变量。对轧机主传动系统进行动态设计,提升了系统的动态特性。(4)确定机架固有频率、最大变形、最大应力和质量为机架动态设计的目标参数。利用有限元软件参数相关性分析模块,计算了各目标参数对机架结构设计参数的灵敏度值,通过响应面分析模块分析了灵敏度值较大的设计参数对目标参数的影响规律并确定了设计变量。通过目标驱动优化模块对机架进行动态设计,提升了机座系统的动态特性,并满足了轻量化要求。
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