蔣小麗

摘 要：隨著“中國(guó)制造2025”的提出，智能制造已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)的趨勢(shì)所在，智能裝備、基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)工廠等正在引領(lǐng)制造方式的變革。為了實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品檢測(cè)的整條生產(chǎn)線的全自動(dòng)化方案，該文針對(duì)某測(cè)試設(shè)備的門(mén)窗進(jìn)行了改造，以達(dá)到自動(dòng)控制設(shè)備門(mén)窗開(kāi)關(guān)的目的。在對(duì)開(kāi)關(guān)門(mén)組件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，對(duì)其中主要的受力構(gòu)件—連桿基于ANSYS進(jìn)行了有限元分析，分析結(jié)果顯示，該文設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)門(mén)組件力學(xué)性能能夠滿足所選設(shè)備門(mén)的自動(dòng)化開(kāi)關(guān)需求。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；測(cè)試設(shè)備；有限元分析；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該文選取一款工業(yè)用的電子產(chǎn)品某性能測(cè)試的設(shè)備作為改造的載體。設(shè)備開(kāi)門(mén)方向由右到左，開(kāi)關(guān)門(mén)構(gòu)件工作狀態(tài)如圖1、圖2所示。構(gòu)件采用曲柄滑塊結(jié)構(gòu)原理，選用工業(yè)用無(wú)桿滑臺(tái)氣缸作為滑塊，門(mén)鉸鏈作為機(jī)架，門(mén)的一部分作為曲柄，門(mén)與氣缸連接的部件作為連桿，通過(guò)給氣缸供氣使氣缸滑臺(tái)左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)設(shè)備門(mén)開(kāi)關(guān)。外部控制方式采用PLC控制。當(dāng)被檢測(cè)電子產(chǎn)品需要進(jìn)入設(shè)備測(cè)試時(shí)，外部PLC控制氣動(dòng)電磁閥的線圈1使電控制氣缸向左運(yùn)動(dòng)，同時(shí)連桿帶動(dòng)設(shè)備門(mén)繞門(mén)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，直到氣缸運(yùn)動(dòng)到最左端并保持該狀態(tài)。待測(cè)試電子產(chǎn)品放入設(shè)備，確認(rèn)安全后，PLC控制氣動(dòng)電磁閥的線圈2使電控制氣缸往右運(yùn)動(dòng)，連桿帶動(dòng)設(shè)備門(mén)繞門(mén)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，直到整個(gè)設(shè)備門(mén)完全關(guān)閉，氣缸保持該狀態(tài)直到測(cè)試結(jié)束。

2 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化以及受力分析

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是一種通過(guò)曲柄和滑塊來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的平面連桿機(jī)構(gòu)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛，對(duì)其研究和設(shè)計(jì)一直是機(jī)構(gòu)學(xué)中的一個(gè)重要課題。該文利用曲柄滑塊原理將氣缸滑臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為設(shè)備門(mén)的不整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

該文將設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)門(mén)構(gòu)件經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后，得到如圖3所示的正偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，連桿作為最可能由于受力遭到破壞的構(gòu)件，其受力如圖3所示?；谠撗芯吭O(shè)備的實(shí)際關(guān)門(mén)情況可知，當(dāng)壓力角最小的時(shí)候關(guān)門(mén)力矩最大，即壓力角α為0時(shí)關(guān)門(mén)力矩需要最大。

3 主要部件的有限元分析

有限元分析是用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解。它將求解域看成是由許多稱(chēng)為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件，從而得到問(wèn)題的解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，由于實(shí)際問(wèn)題被較簡(jiǎn)單的問(wèn)題所代替。由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因此成為行之有效的工程分析手段。

該文對(duì)設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)門(mén)機(jī)構(gòu)的主要受力部件—連桿進(jìn)行了有限元分析，連桿平面幾何特征如圖4所示，桿總長(zhǎng)460 mm，厚度12 mm，左右2個(gè)圓孔作為旋轉(zhuǎn)的安裝固定孔，圓孔直徑30 mm。經(jīng)過(guò)計(jì)算，作用在連桿上的壓力為12.4 MPa。

分析結(jié)果如圖5、圖6所示，連桿的等效應(yīng)力為29.213 MPa，如圖5所示；最大主應(yīng)力為29.659 MPa，如圖6所示，連桿與旋轉(zhuǎn)銷(xiāo)軸接觸且靠近兩端面的位置所受應(yīng)力最大。以上得出的數(shù)據(jù)與該材料的力學(xué)性能參數(shù)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，連桿所受的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其力學(xué)性能的極限值。說(shuō)明該文設(shè)計(jì)的連桿在力學(xué)上滿足使用要求。

4 結(jié)語(yǔ)

該文通過(guò)將機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行移植，成功實(shí)現(xiàn)了設(shè)備門(mén)窗的自動(dòng)開(kāi)關(guān)改造設(shè)計(jì)。要設(shè)計(jì)出一款適合設(shè)備門(mén)窗自動(dòng)化開(kāi)關(guān)的開(kāi)門(mén)構(gòu)件，必須合理地選取曲柄的長(zhǎng)度，滑臺(tái)氣缸的缸徑和行程，同時(shí)對(duì)連桿的長(zhǎng)度和厚度也要做一定的計(jì)算。該文在滿足結(jié)構(gòu)需求后，對(duì)開(kāi)關(guān)門(mén)構(gòu)件的主要受力零部件—連桿做了有限元分析，分析結(jié)果顯示該連桿機(jī)構(gòu)滿足力學(xué)性能要求。

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