皮革切割機連桿靜力分析及優(yōu)化

王光男

摘 要：本文主要使用有限元分析手段，并把Autodesk Simulation Mechanical這個軟件當(dāng)作相應(yīng)的分析工具，對某種類型的皮革切割機連桿具有的靜力強度進行分析，獲得的結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用環(huán)境下的應(yīng)力分布，并提出了連桿位置的裝刀地方匯集著較多的應(yīng)力比較顯著，相關(guān)人員通過對結(jié)果的分析來對裝刀處的結(jié)構(gòu)方法做出了合理的改造。對已經(jīng)改造完成的結(jié)構(gòu)進行深入探討，所得到的結(jié)果顯示，在外載荷作用力相同的情況下改造完成的結(jié)構(gòu)要比改造之前的應(yīng)力降低了大概85.38%的范圍。

關(guān)鍵詞：連桿；皮革切割機；靜力分析；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

由于連桿屬于傳動裝置的一部分，能夠把偏心軸承的偏轉(zhuǎn)慢慢轉(zhuǎn)變成連桿底部刀件進行運動，進而起到切割的作用，它在皮革切割機中扮演著重要的角色，其結(jié)構(gòu)具有的性能會對切割機的應(yīng)用時間帶來直接的影響。通常情況下，連桿工作往往是在反復(fù)振動的環(huán)境下運作的，為了進一步將效率加以提升，要求連桿需要符合相關(guān)強度及其剛度的基礎(chǔ)上，還需要最大程度保證質(zhì)量要輕一些。倘若想要處理好這個問題，那么相關(guān)人員就需要對結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面做好認(rèn)真的分析。當(dāng)前，諸多科研人員主要依賴于CAD與CAE軟件有效結(jié)合的方式控制成本的花費。簡單的說把CAE分析系統(tǒng)和相關(guān)的CAD設(shè)計系統(tǒng)巧妙的結(jié)合是當(dāng)前仿真設(shè)計必然的發(fā)展趨勢。

1 模型的建立

連桿結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為連桿由上連桿、中部桿及下連桿組成，這3個構(gòu)件之間以螺紋連接的方式連接。上連桿的兩個圓盤之間剛好放置偏心軸承，偏心軸承的高速轉(zhuǎn)動帶動連桿上下往復(fù)運動，刀片在連桿的帶動下對皮革進行切割，同時切割機沿著一定的軌跡在車床上運動，從而切割出特定的形狀，中部桿起連接作用，下連桿的底端是切割刀片的裝夾位置。

根據(jù)連桿結(jié)構(gòu)用三維設(shè)計軟件建立連桿模型，并將模型轉(zhuǎn)成igs格式導(dǎo)入到Autodesk Simulation Mechanical軟件中進行靜力學(xué)分析。

2 載荷及邊界條件

通常情況下，連桿裝配在相應(yīng)的振動刀套上面，上連桿存在的圓盤中心位置存在著一個偏心軸承，而且峽兩岸是利用相關(guān)軸承進行約束的，這樣就促使欄桿僅僅順著軸向平動及其轉(zhuǎn)動的。而皮革對欄桿產(chǎn)生的作用力能夠分為兩個分量：一個是相應(yīng)的軸向作用力；另一個是相應(yīng)的徑向作用力，而且該作用力產(chǎn)生的方向通常是在刀片及其相關(guān)接觸面的位置處于垂直的狀態(tài)。

3 改進前連桿的靜力分析結(jié)果

相關(guān)人員需要在適量的情況下對模型增加一定的約束，并且在裝刀面的上面增加10N的徑向載荷，而且還需要在連桿底部的地方添加10N軸向載荷。

依據(jù)相關(guān)調(diào)查可以看出：刀頭產(chǎn)生的作用力通常在裝刀面產(chǎn)生的荷載力是10N，產(chǎn)生的最大應(yīng)力一般保持在21.98Mpa的范圍，產(chǎn)生的最大移位通?？刂圃?.7×10-5m，并呈現(xiàn)在連接面端的地方。這個時候相關(guān)人員依據(jù)具體應(yīng)用狀況可以看出，軸向荷載處于不變的狀態(tài)，而產(chǎn)生的徑向載荷會依據(jù)走刀速度的改變而發(fā)生變化。因此，本文主要對軸向荷載處于不變的狀態(tài)下對產(chǎn)生的徑向載荷從10N逐漸轉(zhuǎn)變成100N的應(yīng)力及其相關(guān)位移狀況進行了分析，得到的結(jié)果請看表1所示。

同樣分析改進后的結(jié)構(gòu)在軸向載荷不變的情況下徑向載荷從10N變化到100N的應(yīng)力及位移情況，分析結(jié)果如表2所示。

對比改進前、后的應(yīng)力情況可知，改進后結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力比改進前降低了85.38%，改進后的結(jié)構(gòu)在100N的徑向力作用下的最大應(yīng)力為38.05MPa，能夠符合結(jié)構(gòu)在異常工況下的使用要求，說明這個改進合理可行。

4 對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化

從以上內(nèi)容的論述可以看出，在梯形凸臺的地方產(chǎn)生的應(yīng)力集中狀況比較顯著。為了進一步優(yōu)化應(yīng)力集中的狀況，相關(guān)人員需要對刀頭結(jié)構(gòu)進行改造考慮在內(nèi)，把以往體型轉(zhuǎn)變成U形，這樣做的目的是避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)突變的情況，并且需要將裝刀地方的受力面積不斷增加，與此同時U形槽的構(gòu)件也可以起到穩(wěn)固的作用。當(dāng)相關(guān)人員在對裝刀處進行改造的前期階段及其后期結(jié)構(gòu)的結(jié)果進行對比的結(jié)果如圖1所示，相關(guān)人員對已經(jīng)改造完成以后的結(jié)構(gòu)在裝刀上面添加大概10N的重力，并依據(jù)垂直的狀態(tài)放置到相應(yīng)的徑向載荷上，在連桿底部的位置添加大概10N的軸向載荷，經(jīng)過詳細的分析獲得Mises應(yīng)力如圖2所示，得到的位移如圖3所示。

對比改進前、后的應(yīng)力情況可知，改進后結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力比改進前降低了85.38%，改進后的結(jié)構(gòu)在100N的徑向力作用下的最大應(yīng)力為38.05MPa，能夠符合結(jié)構(gòu)在異常工況下的使用要求，說明這個改進合理可行。

結(jié)束語

通過以上內(nèi)容的論述，可以得知：相關(guān)人員在對已經(jīng)發(fā)生破壞的模型進行相關(guān)研究以后，找到了連桿結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力集中的具體位置，并制定出切實可行的改造方案。這個時候相關(guān)人員對已經(jīng)成功改造以后的模型進行研究可以得知：模型經(jīng)過改造以后產(chǎn)生的應(yīng)力集中狀況得到了不斷優(yōu)化，并且在處于相同外荷載的狀態(tài)下具有的結(jié)果應(yīng)力值降低了85.38%。而本文得到的分析結(jié)果希望可以給相似設(shè)計提供重要的參考依據(jù)。

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