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輪胎定型硫化機(jī)是一種重要的橡膠機(jī)械，主要用于空心輪胎的外胎硫化和定型。其種類(lèi)按傳動(dòng)方式可分為機(jī)械式和液壓式。其中，傳統(tǒng)的機(jī)械式機(jī)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，目前得到普遍的應(yīng)用。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，硫化機(jī)行業(yè)內(nèi)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。為在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求生存、求發(fā)展，采用先進(jìn)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，進(jìn)而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，成為國(guó)內(nèi)各主要硫化機(jī)生產(chǎn)廠家的迫切要求。
為此，對(duì)某機(jī)型的機(jī)械式硫化機(jī)的主要構(gòu)件進(jìn)行基于三維模型的有限元分析，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決產(chǎn)品結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度等靜力特性與產(chǎn)品重量、造價(jià)等設(shè)計(jì)可用資源間的矛盾，以達(dá)到降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的目的。
傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法主要是依據(jù)材料力學(xué)理論，對(duì)硫化機(jī)的各主要部件如橫梁、端軸、連杠等，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度等靜力特性的校核。由于在設(shè)計(jì)中往往忽略了加強(qiáng)肋板、開(kāi)孔等結(jié)構(gòu)，因此計(jì)算模型與真實(shí)結(jié)構(gòu)有一定差距，具有一定的局限性，不能獲得結(jié)構(gòu)局部的具體應(yīng)力值，不利于對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。而解決此問(wèn)題則正是有限元技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。
本研究利用I-DEAS軟件，結(jié)合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，對(duì)硫化機(jī)橫梁進(jìn)行有限元分析，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化結(jié)構(gòu)，從而改善結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布及變形狀況，降低生產(chǎn)成本。
橫梁受力最大時(shí)是在合模期間。如圖所示，主要承受蒸汽室的壓力和拉桿的拉力，某機(jī)型最大受力為4500 kN。由于其結(jié)構(gòu)對(duì)稱，所以可取橫梁的1/4或1/2部分進(jìn)行分析。橫梁2端的端板材料為25#鋼板，其余為Q235-A鋼板，其彈性模量可統(tǒng)一取206.8 GPa，泊松比0.29。需要注意的是，橫梁與端軸的連接方式是過(guò)盈配合而不是焊接，在建模時(shí)2者有所不同。根據(jù)不同的分析要求，橫梁的有限元模型可分為2種情況。
不考慮橫梁與端軸的接觸問(wèn)題，只分析頂板、底板及腹板等遠(yuǎn)離接觸區(qū)部分的應(yīng)力情況，可將橫梁和端軸作為一體建立有限元模型。這樣的模型簡(jiǎn)單，計(jì)算時(shí)間短，但不能分析接觸區(qū)附近的應(yīng)力分布情況。
經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到某型橫梁分析結(jié)果如下：如圖所示，橫梁腹板上最大mises應(yīng)力值222 MPa，位置在開(kāi)孔的外側(cè)下角。由于受彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力的影響，在端板和肋板之間的腹板部分應(yīng)力較大且分布范圍較廣，其mises應(yīng)力值在100~180 MPa之間。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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