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目前，機(jī)械設(shè)計(jì)已從二維發(fā)展為三維動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。SolidWorks是當(dāng)今最為流行的三維CAD軟件之一，具有基于特征、參數(shù)化、實(shí)體造型等特點(diǎn)，通過(guò)它可以進(jìn)行零件設(shè)計(jì)和三維虛擬裝配。結(jié)合運(yùn)用與之無(wú)縫集成的運(yùn)動(dòng)仿真軟件COSMOS/Motion、有限元分析軟件COSMOS/Work來(lái)設(shè)計(jì)分析零部件及整機(jī)裝配，可大大提高設(shè)計(jì)效率。
我所從黑龍江引進(jìn)懸掛式亞麻拔麻機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，為了解決拔麻機(jī)與配套動(dòng)力的連接問(wèn)題，采用SolidWords對(duì)前懸掛裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。
1拔麻機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理
懸掛式拔麻機(jī)主要由機(jī)架、變速箱、主動(dòng)輪、拔麻帶、壓緊輪、輸送裝置、懸掛提升裝置、拔麻裝置等組成(圖1)
主動(dòng)輪和被動(dòng)輪分別安裝在機(jī)架兩端，拔麻帶纏繞在主動(dòng)輪和被動(dòng)輪上，機(jī)架上的變速箱輸出軸與主動(dòng)輪相連，拔麻輪通過(guò)支架和機(jī)架相連，壓在拔麻帶外側(cè)。一組壓緊輪與拔麻輪相錯(cuò)位安裝在機(jī)架上，壓緊輪安裝在拔麻帶內(nèi)側(cè)。輸送裝置由兩個(gè)帶輪和輸送帶組成，安裝在機(jī)架一側(cè)，將拔掉的麻落向機(jī)具一側(cè)輸送后在地面形成連續(xù)的鋪條。
2前懸掛架的結(jié)構(gòu)與建模
采用SolidWorks對(duì)拔麻機(jī)進(jìn)行三維建模和裝配。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，拔麻機(jī)在運(yùn)輸狀態(tài)下需提升到一定的高度，在工作狀態(tài)下要求拔麻輪底端離地95 mm，并保證機(jī)具水平。設(shè)計(jì)采用液壓油缸控制機(jī)具的升降、平行四邊形機(jī)構(gòu)保證機(jī)具升降時(shí)保持水平。
3運(yùn)用COSMOS/Motion仿真驗(yàn)證
COSMOS/Motion與SolidWorks無(wú)縫集成，是一個(gè)全功能運(yùn)動(dòng)仿真軟件，可以對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行完整的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，得出系統(tǒng)中各零部件的運(yùn)動(dòng)情況，如位移、速度、加速度和作用力及反作用力等。并將結(jié)果以動(dòng)畫(huà)、圖形、表格等多種形式輸出，另外可將零部件在復(fù)雜運(yùn)動(dòng)情況下的復(fù)雜載荷清況直接輸出到主流有限元分析軟件中，進(jìn)行強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)分析。
建好如圖1的三維模型后，在裝配模塊下直接進(jìn)入仿真環(huán)境。在進(jìn)行仿真之前，應(yīng)先進(jìn)行與仿真相關(guān)的基本參數(shù)設(shè)置，如力的單位、時(shí)間單位，重力加速度大小，以及與動(dòng)畫(huà)有關(guān)的幀時(shí)間間隔及幀數(shù)等。
在這里還要添加平行四邊形機(jī)構(gòu)的下邊與定位板及下邊與拔麻帶之間的碰撞約束。設(shè)置完畢后進(jìn)行仿真，通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)在升降過(guò)程中懸掛架和機(jī)具間存在運(yùn)動(dòng)干涉。便可以直接在裝配體環(huán)境下修改發(fā)生干涉的零件，而且裝配體零件中的修改可以直接反映在零件模型上，實(shí)現(xiàn)模型動(dòng)態(tài)交互更新。
修改后的模型，再次進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，干涉現(xiàn)象消失。得到機(jī)具的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的位置，如圖4,5所示。油缸伸長(zhǎng)時(shí)機(jī)具水平上升，油缸縮短時(shí)機(jī)具水平下降，工作狀態(tài)和運(yùn)輸狀態(tài)都能夠滿足設(shè)計(jì)要求。
4強(qiáng)度分析
COSMOS/Work能對(duì)SolidWorks生成的零件和部件進(jìn)行有限元分析，可以對(duì)零部件施加各種外力、壓強(qiáng)、重力乃至輻射，零件材料可以有多種選擇，可以是不同種類(lèi)的鋼鐵、有色金屬、非金屬等，也可以自定義材料，輸人材料的極限強(qiáng)度等資料，通過(guò)軟件的分析就可以得到零部件的應(yīng)變、應(yīng)力、形變等數(shù)據(jù)。
4.1確定材料條件
懸掛架材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235A，材料的力學(xué)性能參數(shù)為:彈性模量210 000 N/平方毫米，泊松比0.3 ,屈服強(qiáng)度235 N/平方毫米，抗拉強(qiáng)度375 N/平方毫米，密度7.829g/平方毫米。
4.2載荷分析
通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)合運(yùn)用COSMOS/Motion運(yùn)動(dòng)仿真功能模擬拔麻機(jī)的運(yùn)動(dòng)，確定懸掛架的主要受力是拔麻機(jī)的自重。經(jīng)測(cè)量，拔麻機(jī)的重量約為230kg，計(jì)算出懸掛架各狀態(tài)的受力情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)拔麻機(jī)在最高位置時(shí)，即在運(yùn)輸狀態(tài)下懸掛架受力最大。
4.3添加載荷和確定約束條件
以懸掛架最大受力的狀態(tài)作為靜力分析的工況。懸掛架與拖拉機(jī)連接的一端固定，承受拔麻機(jī)自重230 kg。在與拖拉機(jī)連接的一端建立約束，在拔麻機(jī)整機(jī)上施加分布載荷。由于拔麻機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，劃分網(wǎng)格困難，難以直接參與有限元分析，因此采用等效質(zhì)點(diǎn)法解決這個(gè)問(wèn)題。建立一個(gè)較規(guī)則的實(shí)體，該實(shí)體與拔麻機(jī)具有相同的質(zhì)心和相等的質(zhì)量替換拔麻機(jī)整機(jī)，如圖6所示。
4.4網(wǎng)格劃分
網(wǎng)格的劃分對(duì)有限元分析的計(jì)算量和準(zhǔn)確性影響很大，網(wǎng)格劃分越小，計(jì)算精度就越高，所需計(jì)算機(jī)資源和運(yùn)算時(shí)間也越多。因此，必須根據(jù)分析計(jì)算的對(duì)象采用適當(dāng)大小的網(wǎng)格。本文選用實(shí)體網(wǎng)格單元進(jìn)行離散，劃分網(wǎng)格后模型如圖4所示。
4.5有限元靜力分析和結(jié)果
完成了上述前處理工作后即可進(jìn)行解算。解算結(jié)果得出懸掛架最大剪應(yīng)力為72.52 MPa,最大主應(yīng)力為99.73 MPa，最大等效應(yīng)力為127.625 MPa。強(qiáng)度校核條件是:
5結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)實(shí)際分析可以看出，利用SolidWorks及與其無(wú)縫集成的運(yùn)動(dòng)仿真COSMOS/Motion、有限元分析COSMOS/Work軟件可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，縮短開(kāi)發(fā)周期，減少設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)人員的工作效率，達(dá)到事半功倍的效果。經(jīng)拔麻機(jī)田間試驗(yàn)證明，該懸掛架滿足設(shè)計(jì)要求。
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