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硫化机横梁结构的有限元分析及优化设计

发布于:2016-04-07 20:45
有限元分析

      轮胎定型硫化机是一种重要的橡胶机械,主要用于空心轮胎的外胎硫化和定型。其种类按传动方式可分为机械式和液压式。其中,传统的机械式机构原理简单,目前得到普遍的应用。随着市场经济的发展,硫化机行业内的市场竞争也日趋激烈。为在激烈的市场竞争中求生存、求发展,采用先进的机械产品设计技术,提高产品质量,降低生产成本,进而提高产品的市场竞争力,成为国内各主要硫化机生产厂家的迫切要求。
      为此,对某机型的机械式硫化机的主要构件进行基于三维模型的有限元分析,实现产品的结构优化设计,解决产品结构刚度、强度等静力特性与产品重量、造价等设计可用资源间的矛盾,以达到降低成本,提高产品质量和经济效益的目的。
      传统的设计计算方法主要是依据材料力学理论,对硫化机的各主要部件如横梁、端轴、连杠等,进行强度、刚度等静力特性的校核。由于在设计中往往忽略了加强肋板、开孔等结构,因此计算模型与真实结构有一定差距,具有一定的局限性,不能获得结构局部的具体应力值,不利于对结构进行优化。而解决此问题则正是有限元技术的优势所在。
      本研究利用I-DEASApp,结合传统设计方法,对硫化机横梁进行有限元分析,在此基础上优化结构,从而改善结构应力分布及变形状况,降低生产成本。
      横梁受力最大时是在合模期间。如图所示,主要承受蒸汽室的压力和拉杆的拉力,某机型最大受力为4500 kN。由于其结构对称,所以可取横梁的1/4或1/2部分进行分析。横梁2端的端板材料为25#钢板,其余为Q235-A钢板,其弹性模量可统一取206.8 GPa,泊松比0.29。需要注意的是,横梁与端轴的连接方式是过盈配合而不是焊接,在建模时2者有所不同。根据不同的分析要求,横梁的有限元模型可分为2种情况。
      不考虑横梁与端轴的接触问题,只分析顶板、底板及腹板等远离接触区部分的应力情况,可将横梁和端轴作为一体建立有限元模型。这样的模型简单,计算时间短,但不能分析接触区附近的应力分布情况。
      经过计算,得到某型横梁分析结果如下:如图所示,横梁腹板上最大mises应力值222 MPa,位置在开孔的外侧下角。由于受弯曲应力和剪应力的影响,在端板和肋板之间的腹板部分应力较大且分布范围较广,其mises应力值在100~180 MPa之间。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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