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薄帶鋼拉伸彎曲矯直機（以下簡稱拉矯機）是用于消除帶鋼邊波、中波、瓢曲等板型缺陷，改善帶材平直度的帶鋼精整設備。隨著汽車、家電產業的快速發展，對薄板帶材的表面質量要求越來越高，拉矯機已經成為連續帶材生產線上的重要工藝設備之一。
輥盒是拉矯機的主要構件之一，承載著拉矯機各工作單元的輥系，包括支承輥、中間輥和工作輥。在矯直過程中，帶鋼作用在工作輥上的力由輥盒直接承受，反過來輥盒的變形及振動將直接反映到輥子上，影響著帶鋼的矯平效果。因此，為了保證矯直精度，輥盒剛度和強度必須滿足要求。采用材料力學的方法和有限元分析法進行相互驗證，對某公司重卷機組拉矯機輥盒進行了優化設計，并驗證其安全可靠性。
拉矯機主要由進口張力輥組1、出口張力輥組6、兩個彎曲輥組2和3、兩個矯直輥組4和5組成。其基本工作原理為：需要矯平的帶材在張力輥組施加的張力作用下連續通過上、下交替布置的多組小直徑的彎曲輥，在拉伸和彎曲的聯合作用下沿長度方向產生了塑性的縱向延伸，使帶材各條縱向纖維的長度趨于一致，從而減小帶材內部縱向應力分布的不均勻性，改善帶材的平直度。拉矯機的動力由前、后張力輥組之間的速度差來保證，前、后張力輥組采用單獨傳動方式。工作輥有著剛性支撐，采用輥盒組裝形式，彎曲單元分別由2個上工作輥輥盒和2個下工作輥輥盒組成，上工作輥輥盒吊掛裝置采用液壓缸實現上下調整，下工作輥輥盒采用馬達驅動千斤頂實現上下調整。另外，還有一些輔助系統，如輥縫快速打開裝置、換輥單元和機架等。
機組中含有若干個輥盒，以1號彎曲輥組下輥盒為例進行分析研究。輥系中包含支承輥、中間輥和工作輥，各輥均為被動輥，帶鋼通過與工作輥的摩擦帶動工作輥旋轉，工作輥再通過摩擦帶動中間輥旋轉，然后由中間輥帶動支承輥旋轉，支承輥通過內置軸承多段均勻安裝在輥盒的支座上。
由于支承輥由若干段組成，將力均勻分布到輥盒上，因此在采用材料力學方法計算時，將工作輥施加在輥盒上的力視為均布載荷，兩千斤頂對稱布。輥盒力學分析及剪力和彎矩圖，兩千斤頂至端部的距離相等為l1，間距為l2,輥盒總長為l,千斤頂的位置決定輥盒的受力情況，因此合理布置千斤頂的位置對控制輥盒變形有著重要意義。千斤頂傳統的布置位置采用經驗公式，將兩千斤頂分別布置在1/2輥盒的中點處，缺少理論依據。本文將采用材料力學方法對千斤頂布置位置進行詳細求解，并采用ANSYS軟件對求解結果進行分析驗證。
由于千斤頂對稱布置，因此只研究輥盒左半部分即可。為便于分析，對輥盒的部分細節進行適當簡化，采用SolidWorks建模，材料設置為普通碳鋼，彈性模量E=2.06×1011。將所建立的三維實體模型在SolidWorks中另存為.xt格式，并導入到有限元分析軟件ANSYS中。
在建立有限元分析模型過程中，為了提高建模的效率以及所劃分的網格質量，保持模型的仿真有效性，選擇“Smartsize”自動網格劃分工具對輥盒的不同部位分別劃分網格。對應力幅度比較大的地方或容易發生應力集中的部位如幾何尺寸突變處，選擇較細的網格對其進行劃分；對受力比較均勻、尺寸無突變、無拐角的板等，選擇較粗的網格進行劃分，建立1號彎曲輥下輥盒有限元分析模型。
根據輥盒的結構形式和實際安裝情況，選取千斤頂的安裝面為剛性約束，輥盒中心面處的水平方向位移為0。輥子對輥盒的力主要施加在支承輥的安裝座上，由于支承輥是三列布置，且以多段均勻的形式分布在輥盒上表面，因此在對輥盒施加載荷時，以應力的形式施加在輥盒上表面上。輥盒上表面面積為0.467m2,承載的壓力為0.175MPa。
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