基于SolidWorks拉钢机三维设计及链条优化

    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。

    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）。

    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

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。

    图4 链板三维模型

    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Fe及松边垂度引起的张力Ff所组成。

    已知Fe=66000N；

    因v=3m/s，所以离心力引起的张力Fe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206CPa；泊松比0.3；抗拉强度590MPa；屈服强度350MPa。