题目：非晶制带自动化装备关键技术研究

非晶带材是采用快速凝固法将熔融状态的合金液以106 ℃/s的冷却速度制备而成的，以其优异的磁性能被广泛地应用于电子、电力、通讯等领域。带材的外观质量和内部晶粒排列影响带材磁性能及使用效果，因此良好的带材外观质量和优质的磁性能是非晶带材质量的两个重要指标。带材外观质量主要包括带材厚度均匀性、表面粗糙度和带材褶皱情况；磁学性能除了受到原材料配比的影响外，与带材的冷却速度也有极大的关系。为了提高制取非晶带材的质量，着眼于制带装备研究，分析出非晶制带自动化装备中的三个关键技术问题：(1) 冷却铜辊主轴回转精度是保证带材厚度均匀性关键因素；(2) 冷却铜辊内流道结构对非晶带材冷却效果起到了决定性作用；(3) 在线高速自动起卷、同步卷取是减少褶皱数量的重要途径。本文围绕以上三个关键技术问题展开研究：

针对提高冷却铜辊主轴回转精度问题，提出内反馈式节流方式静压轴承作为其回转支承结构，通过对轴承承载特性分析建立了油膜承载力及油膜刚度计算模型。根据对上、下不等面积工作油腔布局及有、无回油槽的内反馈式静压轴承进行承载特性分析，探讨了承载力和油膜刚度随偏心率变化的规律。结果表明：增大下油腔面积和无回油槽布局的内反馈式静压轴承的承载能力和油膜刚度均优于等面积油腔、有回油槽结构的内反馈式静压轴承。

基于CFD流体数值模拟方法，建立内反馈式静压轴承的层流模型，对不同下工作油腔有效包角、偏心率及进油压力下的内反馈式静压轴承油膜进行数值模拟分析，从而得到了对应油膜的压力场、速度场及流线分布图。通过分析轴承油膜的承载能力及流量变化趋势，归纳出油膜承载力随进油压力及下油腔有效包角的变化规律。同时，根据主轴转动所引起的油膜内压力场及流场变化的情况，探讨了油膜的承载能力、流量随主轴转速的变化规律。不同进油压力所对应偏心率的试验结果与数值模拟结果对比表明：采用数值模拟手段能够较好的反映出内反馈式静压轴承的承载特性变化。主轴高速转动状态下测得冷却铜辊主轴的回转精度小于0.002 mm，其说明内反馈式静压轴承适用于冷却铜辊的支承，具有极高的回转精度质量。

冷却铜辊内流道设计是非晶带材冷却成型的关键问题，根据带材成型的冷却工艺要求提出了冷却铜辊内流道设计准则。在此基础上，设计出四种典型的冷却铜辊内流道结构。采用流-固耦合传热方法对所设计的四种不同的冷却铜辊内流道流场进行数值模拟分析，得到了不同流道结构所对应的压力场、温度场随进水流量的变化规律。为了评价内流道的换热能力，提出了内流道综合换热系数作为量化换热能力的指标。分析表明：散射筋型流道进出口压降较小，且其换热能力优于其他三种结构，适用于冷却铜辊内流道结构。

针对带材自动卷取受到带速过高(30 m/s以上)所制约的问题，提出采用磁力吸附方式进行带材起卷卷取。通过对起卷吸附、同步卷取两个过程的力学分析，建立了完成起卷及同步卷取所需满足的力学条件。基于麦克斯韦电磁方程组，采用Ansoft Maxwell电磁模拟技术对磁性卷取辊起卷吸附、同步卷取过程进行二维瞬态分析，探讨了永磁铁数量、磁极排列、磁铁厚度等参数对磁吸附力的影响规律。为了获得最佳的卷取辊结构，以获取最大平均磁吸附力分布密度为设计目标，对卷取辊外侧永磁铁数量及布局结构进行优化。同时，模拟计算得到了起卷吸附及同步卷取过程中磁吸附力随气隙的变化规律。采用三维数值模拟手段对简化磁性卷取辊模型进行分析，得到了磁性卷取辊沿轴向的磁吸附力变化规律。分析表明：在给定的气隙及空间范围内，磁性卷取辊能够克服各自过程阻力并完成起卷、同步卷取的过程。

构建了磁性卷取吸附力测试平台，针对起卷吸附、同步卷取过程进行试验测试。起卷吸附过程试验表明：采用二维及三维数值模拟计算得到的最大磁吸附合力值均大于试验值，但三者的变化趋势均随气隙的增大而减小。采用简化等效测量方法对同步卷取过程进行试验，并将测量结果推广至二维及三维模拟过程，结果表明：简化方法测得的磁吸附力与模拟值相对误差约为10%。试验结果验证了采用数值模拟手段模拟磁吸附力变化规律的可行性，且具有较高的可信度。