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        首页 轮胎框式结构硫化机机架的Ansys连接结构优化

        轮胎框式结构硫化机机架的Ansys连接结构优化.doc

        轮胎框式结构硫化机机架的Ansys连接结构优化

        Kevin于晨
        2019-02-23 0人阅读 0 0 0 暂无简介 举报

        简介:本文档为《轮胎框式结构硫化机机架的Ansys连接结构优化doc》,可适用于工程科技领域

        作者简介:许金亮(),男,青岛科技大学机电工程学院在读硕士研究生,主要从事高分子材料加工机械方面的理论研究轮胎框式结构硫化机机架的Ansys连接结构优化摘要:本文利用Ansys软件对轮胎框式结构硫化机两?#20013;?#24335;机架在不同?#27835;?#38145;模力的作用下进行对比分析,实现硫化机机架结构的对比优化设计,解决机架结构刚度,强度等与产?#20998;?#37327;,性价比有关的问题,并验证采用何种结构能够比较好的满足我们的需要。关键词:Ansys有限元分析机架轮胎定型硫化机中图分类号:文?#22918;?#35782;码:前言轮胎硫化作为轮胎成型的最后一道工序,直接决定着轮胎的质?#32771;?#22806;观,而轮胎定型硫化机作为完成轮胎硫化的主要设备,已成为轮胎工业必备的设备之一,轮胎定型硫化机机架作为定型硫化机的主要承力部件,其整体变形直接影响合模精?#21462;?#30827;化质?#32771;?#36718;胎成品的?#32454;?#29575;。随着电动螺旋轮胎定型硫化机的逐步发展,框式结构机架逐渐成为轮胎定型硫化机机架的发展方向,通过对硫化机框式结构机架的受力变形分析,可?#38498;?#22909;地解决机架的应力集中及结构优化问题,从而?#26723;?#29983;产成本。模型理论分析及简化根据框式结构机架侧板与上横梁间的连接方式不同,可将机架分为闩键连接机架和嵌入连接机架,本文将在理论上采用有限元方法对两种连接形式机架进行应力和应变分析。其连接方式示意图如图所示,图中侧板与上横梁及底座之间均通过螺栓固定。(a)闩键连接(b)嵌入连接图两种连接形式机架简化示意图分析模型简化本文主要分析比较两种结构的应力应变,螺栓的存在将会大大增加CPU的负荷,减慢求解速度,螺栓连接在对比分析中的影响微乎其微,由于螺栓使得侧板与上横梁及底座紧密连接在一起,因此螺栓连接采用绑定接触对进行替代同时,在对两种机架的结构分析中我们发现,两种结构均存在很大的结构对称性,因此为?#26723;?#32593;格数量,加快求解速度,两种机架结构均取进行分析。结构及受力?#38382;?#26412;轮胎框式硫化机机架的结构设计中,两?#20013;?#24335;机架的侧板厚度均为mm,锁模力以t为例,对两?#20013;?#24335;的机架进行对比受力分析。材料特性的统一根据设计需求,侧板材料为#钢,上横梁材料为#钢,闩键材料为#钢,经查证,三种材料弹性模?#32771;安此?#27604;相差不大,?#24335;?#26448;料统一化,即材料弹性模量取MPa,?#27492;?#27604;取,选择各向同性的线弹性静力学模型。在经典的Ansys环境中建模求解三维模型的建立及?#36127;文?#22411;的导入由于机架结构比?#32454;?#26434;,在经典的Ansys环境中直接建模比?#25103;?#29712;,因此采用专业三维建模软件Inventor进行两?#20013;?#24335;机架三维模型的建立,为方便分析,在三维模型建立过程中取消了螺栓连接的建模,在Inventor中采用分割工具将模型分割,取其,并将其存为sat格式,打开Ansys软件将模型导入,导入后的模型如图所示,(a)闩键连接机架模型(b)嵌入连接机架模型图经典Ansys?#26800;?#20837;机架模型示意图Ansys环境中定义材料进入Ansys材料属性定义对话框,选择各项同性的线弹性材料,并进行数据的编辑,将弹性模量改为MPa,?#27492;?#27604;改为,并完成其他相应属性的设定。划分网格并创建接触对在本分析中,整体为一装配体分析,各个分析的结构复杂,难以全部划分为六面体单元,或者绝大部分是六面体,因此在本分析中采用Solid号单元,采用自由网格划分方法,划分网格后的模型结构示意图如图所示,(a)闩键连接机架网格划分(b)嵌入连接机架网格划分图网格划分示意图施加载荷及求解已知轮胎定型硫化机锁模力为KN,锁模力均匀分布在轴承座内端面的环形面上同时,底座的上表面与模具系统连接面也受到均匀分布的大小相同的锁模力作用,由于锁模力不能直接施加在?#19981;?#38754;上,因此锁模力可通过式()换算为压强施加于?#19981;?#38754;上,SFp=()式中:F锁模力,NS作用面积,mm。其中与轴承座接触的环形面的面积Smm=,底座上表面与模具系统接触的环形面的面积Smm=,计算得MPap=,MPap=。在三维模型中将以上两个压强施加在相应的作用面上,而且轮胎定型硫化机在工作过程中,整个机架的固定通过底座上的地脚螺栓孔固定,因此,在底座的地脚螺栓孔面上施加固定约束,同时在模型分割面上施加对称约束。在完成载荷与约束的施加后,设置合适的求解设置、施载时间及子步,之后利用Ansys中自带的求解器对模型进行求解。受力结果对比分析应变结果对比分析在锁模力的作用下,机架发生?#36865;?#26354;变形,等效应变结果经过扩?#36141;?#30340;云图如图所示,由图可以看出,两种连接形式的机架最大位移均发生在上横梁加强?#21453;?采用闩键连接的机架最大位移为mm,采用嵌入连接的机架最大位移为mm,后者比前者位移略大。(a)闩键连接机架(b)嵌入连接机架图等效应变分析结果云图对比示意图等效应力结果对比分析图为两种传力形式等效应力分析结果云图经扩?#36141;?#30340;模型示意图,(a)闩键连接机架(b)嵌入连接机架图等效应力分析结果云图对比示意?#21152;?#22270;中可以看出,两种传力形式的机架其最大应力均发生在上横梁加强?#21453;?采用闩键连接的机架最大等效应力为MPa,采用嵌入连接的机架最大等效应力为MPa,在应力方面后者明?#21592;?#21069;者大。各零件应变应力结果对比分析两种连接形式的机架各零件在吨锁模力作用下产生的最大应变及应力见表、表,表闩键连接机架各零件最大应变和应力项目上横梁侧板底座闩键最大应变mm最大应力MPa表嵌入连接机架各零件最大应变和应力项目上横梁侧板底座最大应变mm最大应力MPa从两表的数据对比中我们可以看出,除侧板最大应变相似外,嵌入连接机架各零件的最大应力及应变均大于闩键连接机架中各零件的最大应力及应变。机架在不同锁模力作用下的对比分析为节省篇幅,我们将列出两?#20013;?#24335;的机架在t、t、t、t、t、t、t锁模力的作用下X方向位移UX()mm,等效应变DMX()mm,等效应力SMX()MPa等方面的对比数据,如表所示,表两?#20013;?#24335;机架在不同锁模力作用下的对比数据表项目ttttttt闩键连接机架UXDMXSMX嵌入连接机架UXDMXSMX之后利用数学仿真软件Matlab对表数据进行模拟,其拟合曲线如图所示,从图中拟合的曲线可以看出,X方向的最大位移,最大应变及最大应力均随锁模力的增大而增大,其中两种机架在相同锁模力下所产生的X方向位移及最大应变相差不大,而最大应力差距比较明显。(a)X方向位移对比拟合曲线UXmmFt(b)最大应变对比拟合曲线(c)最大应力对比拟合曲线图两?#20013;?#24335;机架对比结果拟合曲线结论()两种机架的最大应变及应力发生的位置相同,均发生在上横梁的加强?#21453;?通过数据的比较可以清楚的看出嵌入连接形式机架的最大应力及应变相对较大,其中在相同?#27835;?#38145;模力作用下,嵌入连接形式的机架所产生的最大应力?#24403;?#37319;用闩键连接形式的机架所产生的最大应力值大左右,因此,在相同锁模力并满足应力要求的情况下,采用闩键连接的机架可大大节省机架的材料()两种机架在X方向的最大位移均发生在侧板的中间位置,侧板产生附加弯矩,侧板的变形直接影响模具合模的精度,变形越大,合模力沿圆周方向分布越不均匀,造成轮胎的硫化质量不均?#21462;?#39134;边过大以及动平衡?#38405;?#24046;等问题,但由于螺栓连接使得两者变形差距很小,从两种机架受力结果数据对?#30830;?#29616;,两?#20013;?#24335;的机架在X方向的最大位移基本相同,这也与我们的预测相同()利用有限元法对两种机架进行对比分析可?#38498;?#22909;地模拟机架的真实变形情况,为机架的选择提供了一定价值的参考理论基础,对机架的设计具有较高的指?#23478;?#20041;。最终,我们通过有限元对比分析,轮胎框式硫化机机架采用闩键连接结构方式,满足结构强度的同时大大节省了材料。参考文献吕柏源,危卫华,橡胶注射机全电动锁模装置,专利号:CNX刘洪文主编材料力学M高等教育出版社,周宁主编ANSYS机械工程应用实例M中国水利水电出版社,邢静忠主编ANSYS应用实例与分析M科学出版社,DMXmmFtSMXMPaFt

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