鎂合金溫軋機支承輥有限元分析有限元分析原創

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2026年3月9日 23:52

摘要：

本文針對300mm鎂合金溫軋機支承輥開展有限元分析，采用ANSYS軟件（經典界面）。對支承輥進行靜強度分析，結果表明：支承輥最大變形量為0.467×10^-4mm，滿足板形誤差要求；最大Von Mises應力為67.6MPa，低于材料許用應力（140~150MPa）。分析發現支承輥中間位置變形最大，軸頸與輥身接觸處應力集中明顯。研究證實該支承輥設計滿足強度要求，為鎂合金溫軋工藝提供了理論依據。

1 緒論

本論文的鎂合金溫軋機為四輥軋機，其原理圖如圖1.1所示。彎輥技術的基本工作原理是通過裝設在軸承座之間的液壓缸向工作輥或支承輥輥頸施加液壓彎輥力，使軋輥產生附加彎曲，來瞬時地改變軋輥的有效凸度，從而改變承載輥縫形狀，以補償由于軋制壓力和軋輥溫度等工藝因素的變化而產生的輥縫形狀的變化，保證生產出高精度的產品。只要根據具體的工藝條件來適當地選擇液壓彎輥力，就可以達到改善板形的目的。

圖1.1 鎂合金溫軋機工作輥彎輥裝置液壓伺服控制系統

液壓彎輥法有兩種基本方式：彎曲工作輥和彎曲支承輥，一般多采用彎曲工作輥法。本論文研究的鎂合金溫軋機采用彎曲工作輥法。垂直方向彎曲工作輥又分為正彎輥和負彎輥兩種形式。正彎輥法如圖1.2a所示。在上下工作輥之間設置液壓缸，對上下工作輥軸承座施加與軋制力方向相同的彎輥力S₁，此力規定為正值，故稱為正彎輥法。在彎輥力S₁作用下，軋輥的撓度和有載輥縫中部處尺寸減小。負彎輥法是在工作輥軸承座與支承輥軸承座之間設置液壓缸，對工作輥軸承座施加一個與軋制方向相反的作用力S₁（圖1.2b），此力規定為負值，故稱為負彎輥法。它使工作輥撓度和有載輥縫中部處尺寸增加。

圖1.2 工作輥彎曲法^[1]

a-工作輥正彎；b-工作輥負彎

2 問題描述

本文以某高校鎂合金實驗室的300mm鎂合金溫軋機為研究對象，設備僅用于實驗，體型小，相關參數如表2.1所示。

表2.1 鎂合金溫軋機參數表

繪制支承輥簡化圖，如圖2.1所示。

圖2.1 支承輥簡化圖

本論文僅對工作輥正彎時，做支承輥的彎曲強度分析。對支承輥做受力分析，如圖2.2所示。

圖2.2 支承輥受力分析圖

3 建立有限元模型

3.1 建立模型

(1) 參照支承輥簡化后的圖形，用Solidworks繪制三維模型，如圖3.1所示，另存為.x_t格式，準備導入。

圖3.1 支承輥三維模型圖

(2) 選擇“Utility Menu>file>import>para...”命令，彈出“ANSYS connection forparssolid”對話框，選擇需要導入的文件，單擊“OK”按鈕即可完成導入，如圖3.2所示。

圖3.2 導入三維模型

(3) 選擇“plotctrls>style>solid model facets”命令，彈出“solid model facets”對話框，在“style of area and volume plots”下拉列表中選擇“normal faceting”選項，如圖所示，單擊“OK”按鈕。選擇“plot>volumes”命令，創建模型，如圖3.3所示。