1、侧翻脱模机支座结构参数对其接触应力影响分析王志标叶玉全陈 波张 鑫王佳瑶(.湖南工业职业技术学院 机械工程学院湖南 长沙.复杂薄壁精密零件智能柔性加工技术湖南省工程研究中心湖南 长沙)摘 要:支座是侧翻脱模机中一个重要零件起到支撑的作用其结构参数影响整个系统的可靠性 针对支座结构参数设计问题对其进行理论分析与仿真研究 对侧翻过程进行受力分析采用有限元方法对不同支座结构参数模型进行仿真 在侧翻脱模机工作过程中随着支座厚度、转轴直径增大使支座与转轴接触应力减小转轴直径 相对于支座厚度 对支座与转轴接触的 应力敏感为类似支座结构参数设计提供了参考关键词:侧翻脱模机 支座结构参数 有限元分析 应力中图
2、分类号:文献标识码:文章编号:():.:侧翻脱模机是混凝土预制构件自动化生产中的重要设备其作用是将水平状态的模台和预制构件侧翻至 支座在侧翻脱模机中起到支撑的作用侧翻脱模机系统一般由 个侧翻单元、模台和预制构件组成其工作过程如图 所示图 侧翻脱模机工作示意图目前国内外学者对支座及类似零件的结构参数设计、优化等内容进行了一系列的研究肖龙波对包装货物装卸机上料臂支座进行了优化设计以模型质量、最小变形为目标进行了响应面法的多目标参数化优化 天津大学建筑设计规划研究总院有限公司于敬海研究员对管桁架新型十字管板支座节点进行了试验与有限元分析 陈辉对矿用液压支座联接头进行了模态性能分析及优化该研究为液压支
3、架联接头的综合性能分析和优化提供了参考 王纯等人基于改进的粒子群算法对齿轮传动系统进行了多目标优化设计 申奇志等对长臂架混凝土泵车高压泵送油缸油口支座结构进行了优化及对比分析结果表明支座结构形式的改进不仅能改善支座焊缝的应力分布降低焊缝的应力值而且能显著提高支座焊缝的疲劳寿命 陈松阳等以某型螺旋式臂架系统固定支座为研究对象通过多目标遗传算法对固定支座进行多目标优化设计优化后结构更加紧凑综合性能明显提高樊高宇等对直升机传动轴支座振动环境特性进行分析建立支座有限元模型得到支座应力最大值和危险部位分布位置 陈云信等应用参数化有限元分析技术对桥梁铅芯橡胶支座进行了分析阐述了如何运用参数化技术分析复杂组
4、合结构 郝慧荣等对板簧橡胶支座进行了分析采用仿真与实验相结合的方式能够有效地找出板簧橡胶支座的故障原因 夏同伟等对某台大型反应设备耳式支座的结构进行了设计 支座受力分析侧翻单元主要由侧翻臂、举升油缸、转轴、支座和固定底座构成支座安装在侧翻臂和固定底座之间起到支撑侧翻臂的作用侧翻单元装配示意图如图 所示 图中 点为侧翻臂与举升油缸的铰点 点为举升油缸与固定底座的铰点 点为侧翻臂与支座的铰点#$图 侧翻单元装配示意图?#$(Z(Y5Y5Z5?-?图 侧翻过程受力分析随着举升油缸的不断伸出侧翻臂绕转轴进行旋转侧翻 对侧翻单元的三维模型进行分析可知侧翻负载的重心落在举升油缸前铰点处侧翻臂旋转到某一角度
5、 时将侧翻单元系统按照、铰点进行简化其受力分析如图 所示图中:侧翻臂处于水平位置时与举升油缸的铰点侧翻臂旋转角侧翻臂水平状态时侧翻臂与举升油缸后铰点和支座铰点连线的夹角为常量侧翻臂与举升油缸之间的夹角举升油缸后铰点到支座铰点的距离为常量举升油缸前铰点到支座铰点的距离为常量举升油缸前铰点和后铰点之间的距离举升油缸推力举升油缸推力垂直于侧翻臂方向的分力举升油缸推力沿侧翻臂方向的分力模台和预制构件的重力为常量模台和预制构件重力垂直于翻臂方向的分力模台和预制构件重力沿侧翻臂方向的分力侧翻臂在旋转过程中由于侧翻臂的旋转过程是匀速进行的因此举升油缸分力 与单个侧翻单元承受的负载重力分力/相等可得式()其中
6、 为侧翻单元数量()从而可知单个侧翻单元转轴所承受力为式()()根据侧翻脱模机及其举升的模台和预制构件实际工况给定表 所示参数为侧翻臂转动的角速度在工作中侧翻臂一般为匀速转动表 各常量参数表负载重力/距离/距离/角度/侧翻单元/个角速度/().根据式()、式()的受力分析代入表 中数据计算得到不同位置转轴对支座压力的大小如表 所示 为侧翻臂转动的时间 由结果分析可知当侧翻臂旋转角 为 度时转轴对支座压力最大表 不同位置转轴对支座压力大小转动时间/侧翻臂旋转角/转轴受支座压力/仿真分析.有限元模型建立()几何建模 支座由底板、两块立板组成转轴孔开在立板上转轴用于和支座装配利用 软件建立支座和转轴
7、的实体模型()材料属性 支座材料采用的是 转轴材料采用 具体参数如表 所示表 支座和转轴材料属性参数材 料弹性模量/泊松比密度/()屈服极限/.()属性 支座与转轴均定义为变形体接触定义设置如表 所示表 支座和转轴接触属性参数接触部件接触类型控制算法摩擦系数支座和转轴面面接触罚函数算法.图 支座与转轴的有限 元网格模型()网格划分 根据支座和转轴的结构转轴和支座圆孔附近采用八结点线性六面体缩减积分单元()中性轴算法划分网格支座其他部分采用进阶算法划分网格建立有限元网格模型如图 所示()分析步()与边界条件加载 初始分析步采用默认方式分析步 负载按表 计算的不同位置下转轴对支座压力大小进行加载在
8、转角为时侧翻臂停留 加载曲线如图()所示支座的边界条件设置为整体固定转轴的轴向固定在工作中转轴带动侧翻臂的转动一般为匀速转动转动角速度为./加载曲线如图()所示 设置完成后采用 中的显示动力学求解器进行模拟仿真UTUT/fS BE eT BC?图 加载曲线图.仿真结果分析()不同参数下支座 应力分析建立支座厚度(支座两侧板厚度之和)分别为、的五组模型按照上述设置步骤进行仿真得到支座的 应力分布云图如图 所示UNNUNNUNNUNNUNN图 不同支座厚度时 应力云图对数据进行处理得到不同支座厚度参数下支座与转轴接触的 应力大小如表 及图 所示表 不同支座厚度下 应力大小项 目支座厚度/应力/.U
9、NN.J T F T.1 B图 不同支座厚度时 应力大小图根据设计要求转轴与支座轴孔为间隙配合配合间隙范围为.建立转轴直径 分别为 、的五组模型 按照上述设置步骤进行仿真得到支座的 应力分布云图如图 所示ENNENNENNENNENN图 不同转轴直径时 应力云图对数据进行处理得到不同转轴直径参数下支座与转轴接触的 应力大小如表 及图 所示表 不同转轴直径下 应力大小项 目转轴直径/应力/.J T F T.1 BENN图 不同转轴直径 应力大小图根据上述仿真结果可以得到在侧翻脱模机工作过程中随着支座厚度、转轴直径增大使得支座与转轴接触应力减小支座厚度 比 时的 应力减小.转轴直径 比 时的 应力
10、减小.因此适量增加支座厚度与转轴直径有利于支座承载()应力对各参数的相对敏感度分析上述分析了不同参数下支座与转轴接触的 应力大小通过式()可以得到 应力对各参数变化的相对敏感度()/()/()式中:为相对敏感度为某参数下的 应力大小为初始参数下的 应力大小为支座结构参数为初始支座结构参数由此可以计算得到支座与转轴接触的 应力对支座厚度 变化的相对敏感度如表 所示表 接触应力对支座厚度变化的敏感度支座厚度/相对敏感度.支座与转轴接触的 应力对转轴直径 变化的相对敏感度如表 所示由表、表 绘制不同支座厚度和转轴直径时支座与转轴接触 应力的相对敏感度图如图 所示图中 为不同支座厚度、转轴直径与初始值
11、的差值表 转轴直径对支座厚度变化的敏感度转轴直径/相对敏感度.NN?图 不同支座厚度和转轴直径时的敏感度根据上述对比结果分析可知支座与转轴接触的 应力对各参数变化的相对敏感度绝对值由大到小的顺序是转轴直径、支座厚度 不同转轴直径时的相对敏感度大约为不同支座厚度时的 倍说明转轴直径对 应力影响较为明显随着支座厚度与转轴直径的增大相对敏感度绝对值变小因此当转轴直径、支座厚度 尺寸达到一定数值时再改变其数值对接触的 应力影响不大 结论以侧翻脱模机的支座为研究对象对侧翻过程进行了受力分析采用 建立侧翻过程不同参数下支座与转轴的有限元分析模型对仿真结果进行了分析 得到如下结论:)支座厚度与转轴直径的增大
12、有利于支座与转轴接触应力减小支座厚度 比 时的 应力减小.转轴直径 比 时的 应力减小.因此在设计支座时可以适量增加支座厚度与转轴直径)转轴直径 相对于支座厚度 对支座与转轴接触的 应力敏感不同转轴直径时的相对敏感度大约为不同支座厚度时的 倍随着支座厚度与转轴直径的增大相对敏感度绝对值变小当其达到一定数值时对接触的 应力影响不大参考文献 肖龙波贺磊王正方等.包装货物装卸机上料臂支座优化设计.山东理工大学学报():.于敬海韩平李路川等.管桁架新型十字管板支座节点试验与有限元分析/.工业建筑().:/./.陈辉王金龙张夏琦等.矿用液压支架联接头的模态性能分析及优化.煤矿机械():.王纯韩加好吉庆.
13、基于改进粒子群算法的齿轮传动优化设计研究.机电工程():.申奇志朱奇张鑫等.长臂架混凝土泵车高压泵送油缸油口支座结构优化及对比分析.现代制造工程():.陈松阳欧阳联格张梁等.螺旋式臂架系统固定支座结构优化设计.现代制造工程():.樊高宇王永志闫轲.直升机传动轴支座振动环境仿真及疲劳寿命分析.现代机械():.陈云信钱勤.基于参数化有限元分析的桥梁支座刚度矩阵的求解.现代机械():.郝慧荣曹艳状程利军等.基于有限元的板簧橡胶支座失效形式分析.科学技术与工程():.夏同伟朱惠春苏毅等.重型设备耳式支座设计.化工设备与管道():.基金项目:湖南工业职业技术学院课题()作者简介:王志标()男助教硕士研究方向为机械结构设计、优化叶玉全()男工程师硕士研究方向为机械设计及制造收稿日期:
