皮帶助卷機構的三維設計及仿真含SW三維.zip

皮帶助卷機構的三維設計及仿真含SW三維.zip,皮帶,機構,三維設計,仿真,SW,三維 附錄 1：外文翻譯 帶式包裝機卷取過程計算模型的開發(fā) 摘要 本研究介紹了卷帶機的卷繞機構，以研究卷繞成功的平衡力。通過建立有限元（FE）模型，通過套管上的皮帶包裹物將條帶纏繞 2 至 3 圈而不纏繞張力 T， 然后將 T 施加至靠近壓緊輥的條帶的相對側，并且將包裹物同時從條形線圈中取出。另外，對應于有限元模型的分析模型由厚和薄圓柱定理定義以量化卷繞機構。對這些變量如何相互影響，轉換成壓力 P [N/m2]和 P 是否分別檢查皮帶包裝 物 E [N/m2]的彈性，卷取機張力 T [N/m2]和摩擦系數μ用于計算帶狀線圈何時解開。例如，當 E 為低于1 × 109對應于(?? ?????????????? ???? ?????????????? ???? ????? ???????? ?????????????? ????,???????? = ???????????????? ???? ?????????????????? ???? ????? ???????????? ????,???????????? 0.877)時，帶卷被解開。最后，根據 E 將最外面的套筒??r,o,???????????? [N / m2]上的徑向應力與先前的帶槽接頭的卷繞方法進行比較，以了解這些方法為什么不同?；谶@些結果，本文提出了卷繞標準以避免包裝機的卷繞失敗。 關鍵詞：接觸壓力 徑向應力 接觸層 徑向變形 靜摩擦力 帶卷由一根芯軸，夾送輥，帶槽接頭，皮帶包裝機和電動機卷繞而成，其卷取量和類型由鋼鐵行業(yè)的客戶或工程需求決定。卷繞方法可以根據鋼帶的端部如何與轉子連接來分類，但由于卷繞張力 T 的壓力積聚，卷材的內部通常比卷材的外部承受更大的壓力。如果卷取層超過其極限，則線圈的套筒和內部將首先變形。即使卷繞過程使用溝槽接頭將帶材的端部直接固定在轉子上，已經對套管進行了應力分布，不銹鋼的殘余應力，線圈塌陷，和卷取張力控制的研究，但卷繞過程使用皮帶包裝在之前已經研究過。由于該項目需要使用有限元方法計算帶鋼卷材的滑動，并且計算模型很難定義橡膠和接觸層的非線性行為，因此經驗手冊在實際卷取操作中非常有效。 為了詳細了解卷取機構，本文建立了卷取過程的有限元（FE）模型和分析模型，該卷取過程使用一種稱為條帶頭端定位在自由張緊卷軸上的帶式包裝并且已經進行了研究，并給出了物理方法通過比較壓力和應力分布。有限元模型包括幾個卷取階段：（1）用卷繞包裝紙卷取帶材上的帶材而不卷取張力 T，（2）在沒有帶包裝紙的情況下在帶材的相對側上施加 T，以及（3）旋轉套筒和通過使用兩種模型，建議根據皮帶包皮 E 的彈性和套筒最外側的摩擦力比較來分配壓力， 以解釋帶狀線圈如何結合。最后，比較了與皮帶纏繞物纏繞并且與溝槽接合處纏繞以顯示應力分布趨勢的套筒上的徑向應力。 卷繞過程由套筒，條帶和皮帶包裝（圖 1）組成。該過程分為三個階段。首先，將帶材纏繞在套筒上，并從帶包裝物壓縮。條帶是自由的，沒有卷繞張力 T。 通常，套筒轉動兩到三圈以在接觸層之間產生摩擦力。在這個模型中，套筒旋轉了大約 2.125 圈。接觸層之間可以施加的摩擦隨著旋轉次數的增加而增加。當套筒停止時，將 T 施加到帶材的相對側，并且將帶材包裝物同時從帶材卷材移除。由于去除了皮帶包裝，接觸層之間的接觸壓力瞬間下降，但是 T 抓住了帶狀線圈并且停止了壓降。最后，套筒和帶狀線圈由馬達帶 T 旋轉。在此階段，由于帶狀層壓導致接觸壓力增加。 圖 1 用皮帶包裝機卷取過程 基于卷繞機制，我們使用 ABAQUS 建立有限元（FE）模型（圖 2）。在第一卷取階段，鋼帶以套筒的角速度??1盤繞，并且所有部件由于使用摩擦系數μ的接觸定義而彼此接觸。在第二卷取階段，將 T 施加到帶的右側，并且套筒停止， 助卷機被移除，并且轉動 2.125 轉的套筒和帶卷以??3旋轉。該模型由許多元素和節(jié)點組成，因此為了給出物理意義，應該選擇特定元素和節(jié)點。在本文中，選擇套筒的最里面和最外面以及皮帶包皮來分析接觸壓力 P，徑向位移????和徑向應力 ????之間的關系。 圖 2 FE 多卷繞過程的動態(tài)模型 通過與有限元模型進行比較，開發(fā)了一種分析模型來量化卷繞過程。該分析模型基于前面的定理，并且在 MATLAB 中定義了兩個工程問題：（1）套筒旋轉兩次時的 P 分布和（2）第三卷繞階段的摩擦比較。 在應用 T 之前，帶材的端部，套筒，帶材卷材和帶式包裝材料相互壓縮（圖3），螺旋形帶材的變形難以量化，因此我們假定帶材的變形線圈并將變形與 FE結果進行比較以驗證它。 圖 3 套筒和帶狀線圈旋轉 2 圈的示意圖 最初，即使帶狀線圈實際上卷繞在有限元模型中的套筒上，帶狀線圈也會受到帶狀包層的壓縮，因此帶狀線圈的厚度較薄且?guī)罹€圈的長度較短。盡管開發(fā)了 FE 和分析模型來比較第二卷取階段結束時的物理現象，但應該修改分析模型的初始條件。即使 FE 模型實時復制卷繞過程，分析模型也會顯示我們想要調查的結果。如果假定條形線圈初始層疊在套筒上，則分析模型的條形線圈的長度將比第二卷繞階段結束時的 FE 的長度長得多。這一事實表明，帶狀線圈應具有不同的初始半徑來復制卷繞機構（圖 4）。帶狀線圈結構在套管和皮帶包皮之間的外部和內部壓力下與薄壁圓筒相同，因此我們將δ線圈 1 定義為線圈 1 r??,????????， 線圈1 的最內半徑。在這個問題中，我們有五個未知數---- P??,????????????，r??,????????????，r??,????????， r????????，r??,????????和五個邊界條件的代數方程（方程[1]到[5]）。帶狀線圈很薄，因此假 設它在相同的彈性應變下變形，而與半徑無關。用 5 個代數方程和 5 個未知數， 用不同的δ線圈 1 求解代數方程，并且通過 MATLAB 循環(huán)重復選擇最佳擬合δ 線圈 1。 圖 4 分析模型的圖表 （1）套筒最里面的徑向變形為零： 1 ?????????????? ??????????????(??2 × ????,???????????? ??2 × ????,????????????)????,???????????? ) ????,??,???????????? = × ( ?????????????? ??,???????????? ??,???????????? ??2 ??2 ??,???????????? ??,???????????? 1 + vsleeve Esleeve(Pi,sleeve Po,sleeve) × r2 × r2 + ( Esleeve i,sleeve (r2 r2 )ri,sleeve o,sleeve) = 0 o,sleeve （2）皮帶外包裝的徑向變形為零： i,sleeve 1 ?????????? ??????????(??2 × ????,???????? ??2 × ????,????????)????,???????? ) ????,??,???????? = × ( ?????????? ??,???????? ??,???????? ??2 ??2 ??,???????? ??,???????? 1 + ?????????? ??????????(????,???????? ????,????????) × ??2 × ??2 + ( ?????????? ??,???????? (??2 ??2 )????,???????? ??,????????) = 0 ??,???????? ??,???????? （3 到 5）接觸層之間的每個邊界半徑應該是相同的（r??,???????????? = r??,????????1 = r0,????????1 r??,????????2 = r ）： r??,????????2 ??,????????????  r??,???????????? + ??r??,???????????? r??,coil,renew = 0 r??,????????,?????????? r??,????????2,?????????? = 0 r??,????????2,?????????? r??,???????? ur??,???????? = 0 ri,coil1 = r??,???????????? + δ????????1 ， r??,????????1 = r??,????????1 + ?? ， r??,????????2 = r??,coil1 ， r??,coil2 = r??,????????2 + t， 其中u??,i [m]和u??,o [m]是最內層和最外層的徑向位移，υ是泊松比，E [N /??2]是彈性，ri [m]和ro [m]是半徑最內側和最外側分別是P?? [N / ??2]和P?? [N / ??2] 分別是最內側和最外側的壓力，t [m]是條的厚度，σ?? [N / ??2 ]，σ?? [N / ??2] 和σ?? [N / ??2]分別為徑向，圓周和縱向應力，ε??，ε??和ε??分別為徑向，圓周和縱向應變。 除E????????外，所有設計變量和操作條件都是固定的。分析模型包含這些變量部分是因為它涵蓋了特定時刻的工程問題。 我們進行參數分析來量化卷繞過程。首先，將 FE 模擬為在不同的E????????處進行模擬，然后獲得P??,????????????，P??,????????????，P??,????????，P??,????????以比較分析模型中的那些以量化卷繞期間的壓力分布。所有的結果都是在套管和帶狀線圈轉動兩圈而沒有 T 時獲得的，并且通過觀察線圈松開時的壓力分布如何變化來檢查。 當卷繞過程成功時，我們使用有限元模型對帶鋼進行卷繞，并使用足夠的E????????。線圈內部的接觸壓力應該檢查，以防止在卷繞過程之后將芯軸從套筒內部移除后其大的變形。當 T 太高或帶卷過多時會發(fā)生這種變形。我們預計套筒最外側的徑向應力σ??,??,???????????? 會隨著 E 帶的增加而增加。我們根據E???????? 檢查力σ??,??,????????????，將這些值與帶溝槽接頭的卷繞過程進行比較，并分析卷繞方式如何影響應力分布。 滑動區(qū)和無滑動區(qū)分別定義為表示具有 2.125 轉的帶狀線圈是否完全結合， 盡管在卷繞過程中接觸層總是滑動。套筒的內部和外部壓力以及皮帶包皮分布根據E????????而變化（圖 5）。 ln（P）與 ln（E????????）之間的關系大部分是線性的，當 ln（E????????）<22.7 時，其中P??,????????????> P??,???????? > P??,????????????> P??,????????，當 ln（E????????）>?22.7 時， P??,????????????>P??,????????> P??,????????????> P??,????????。然而，這種趨勢并不重要，因為無論這些壓力變化如何E????????都足夠大。在 ln（E????????）≤20.50 時，卷繞過程由于帶卷滑移而失敗。為了避免卷繞失敗，帶包裝應該提供足夠的壓力，其對應于 ln（E????????）> 20.5，即E???????? = ??20.5 = 8 × 108 Pa。 圖 5 壓力 vs E????????。1 區(qū)：滑動區(qū)域（卷繞失敗）； 2 區(qū)：防滑區(qū)（卷繞成 功） P??,????????/P??,????????????隨E????????變化（圖 6）。 在E????????<1GPa 時，分析模型無法預測 P??,????????/P??,????????????，但在E????????> 2.5GPa 時，P??,????????/P??,????????????不斷減小，而P??,????????/P??,????????????的最大值 ，1Pa≤E????????≤2.5GPa 時，P??,????????/P??,????????????成功卷繞的成功率約為 87.7％。在此間隔中，帶鋼卷的最內層滑動幾圈，直到通過額外的卷取提供足夠的壓力。這一觀察結果意味著，如果不需要帶鋼卷的最內層， 那么卷取過程可以在P??,????????<0.877·P??,????????????的情況下運行。 建議的有限元模型和分析模型就線圈松動的條件達成一致，所以即使先前的工作完全依賴于技術經驗，它們也可以通過改變設計變量和運行條件應用于卷繞過程。 圖 6 根據E????????，P??,sleeve與P??,????????之間的關系。 區(qū)域 1：滑動區(qū)域（卷繞失 敗）; 2 區(qū)：部分滑移區(qū)（卷繞成功）; 區(qū)域 3：防滑區(qū)域（卷繞成功 E） 如果不允許在接觸層之間滑動，T 的切向力總是σ??,??,????????????,??????????????的變化情況不同（圖 7）。 為了卷繞鋼帶，σ??,??,????????????應該>σ??,??,????????????,??????????????。 其中A??,????????????是套筒的曲面面積，E（）是平均值。 圖 7 與不同E????????的徑向應力比較。（a）：E????????= 0.5GPa;（b）：E????????= 150GPa; 實線：σ??,??,????????????; 虛線：σ??,??,????????????,?????????????? 利用 4.1 節(jié)的分析模型，這個標準可以用來計算合適的 T。例如，通過使用解析模型計算套管和線圈的 P 和σ之后，可以通過將所有變量代入方程式來計算T。當真實卷取張力T????????> T 時，可以預計卷材的滑動。 σ??,??,????????????在纏繞過程中與皮帶包皮或帶溝槽接頭一起顯示，以查看這些應力分布趨勢。隨著卷材數量的增加，套筒隨著皮帶包裝和溝槽接頭線性減少（圖 8）。這些線具有不同的數據范圍，因為包含不同Ebelt的有限元模型花費很長時間來計算數值解，并且在收斂數值解的步驟之間具有不同的數值迭代增量，但是這些分 布不會影響卷繞機構的調查。有時候，σ??,??,????????????帶包皮的套筒高于σ??,??,????????????，開 始卷繞時帶有凹槽接頭的套筒， 但這種趨勢并沒有持續(xù)很長時間。在許多σ??,??,????????????分布中，如果E????????相對較高，σ??,??,????????????帶包皮的套筒接近σ??,??,????????????帶有 凹槽接頭。這些結果意味著我們可以減少σ??,??,????????????，并且可以通過減少皮帶包裹物的壓縮來增加線圈的數量。 圖 8 徑向應力分布。線條：卷繞使用皮帶包裝; 字段圈：卷繞使用溝槽接頭， ↑表示增加 本文使用有限元卷曲模型和分析模型來研究使用皮帶包裝機的卷繞系統(tǒng);它將條形卷材壓在套管的最外表面上，然后量化套管和條形卷材之間的滑動機構如何受卷繞操作條件的影響。當皮帶包皮的彈性E????????高于臨界值時，皮帶包皮的最外表面和套筒的最內表面之間的壓力速率隨E????????增加而線性減小。帶卷和套筒之間的滑動發(fā)生在套筒上的徑向應力高于套筒上的實際徑向應力時發(fā)生。與先前帶槽接縫的卷繞過程相比，當帶卷不發(fā)生塑性變形時，套筒和帶卷的應力分布相同或更低。因為應力分布是滑動機構和套筒和帶卷的塑性變形的重要決定因素，所以有限元模型和分析模型對于精確地使用帶包皮的卷繞過程是有用的。 40 附錄 2：外文原文 41 46