五柱塞式秸秆燃料成型机冲压机构主轴强度仿真分析

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虚拟样机技术作为-种全新的设计理念，目前已经得到了世界各国学术界和制造业的广泛重视和认可。在产品设计开发领域，应用该技术技术，研究者可以在缩短设计周期，节约设计成本等方面的基础上，保证产品质量 。本研究的主轴是五柱塞式秸秆燃料成型机冲压机构的核心构件，其功用是带动五组柱塞进行冲压工作。

1 成型机冲压机构动力学分析五柱塞式秸秆燃料成型机采用五组 偏心盘-连杆-柱塞”冲压机构，采用左右对称的布置方式，左面三组，右面两组，左右交替安置，摆放为顺序依次为左-、右-、左二、右二、左二 。

1.1冲压机构工作原理冲压机构的工作原理为，由主电机经带传动驱动主轴旋转-主轴带动其上的五个偏心盘运动- 偏心盘通过连杆驱动五个柱塞作往复运动-柱塞挤压秸秆原料使其在成型模具中成型。

1.2模拟条件设置根据分析需要，在模型主轴上添加角速度，大小为lrad/s；在每个柱塞处添加受力载荷，载荷大小依据已经投放市场的三柱塞秸秆燃料成型机的相关数据添加。模拟条件添加完成后，利用SolidWorks软件中COSMOSMotion插件进行仿真模拟分析，根据冲压机构工作原理确定运动零件与静止零件并且添加各种运动副和载荷，最终设置结果如图In示 。

1.3模拟结果分析通过运动模拟，各个柱塞所受作用反力如曲线图2所示。

图1 成型机冲压机构运动模拟图- ： /- 收稽日期：2013-03-04作者简介：马北- (1979-)，女，吉林乾安人，工程师，硕士，研究方向为新型特种机械的研究与开发。

第35卷 第5期 2013-05(下) [141]务I 匐 化。” 箱 。 (C)左侧第二组柱塞所受作用反力曲线图 ” ” ” ” 。 ” (d)右侧第二组柱塞所受作用反力曲线图(e)左侧第三组柱塞所受作用反力曲线图图2 各个柱塞所受作用反力曲线图由图2可知，在在t0.48s时，左侧第二组柱塞所受的最大作用反力为151458N，而此时，冲压机构只有左侧第二组和右侧第二组柱塞在进行工作。而此时，右侧第二组柱塞的质心加速度曲线突A.3所示，其在0.48s时加速度为1.16m/s 。

。 。” 。 。 图3 右侧第二组柱塞的质心加速度曲线图0.48s时右侧第二组冲压机构静态受力分析右侧第二组冲压机构在0.48s的机构简图如图4所示。

二 兰 ----图4 右侧第二组冲压机构在0.48s的机构简图按静定条件将机构分解为两个构件组3、2和作用有平衡力的构件1。在构建组3、2中，不考虑构件2的重量及惯性力，故将构件2作为二力杆力，方向沿构件2。此时痊块3为分离体，在此构件上作用有外力Fr和运动副反力FR23及FR43，且均过点C；在构件1中，根据构件平衡时所受的三个力应汇交于-点的条件，又可定出运动副A中得反力FR41的方向，并且Fb的方位已知，沿x-x[1421 第35卷 第5期 2013-05(下)方向，取力的比例尺为pF169N/mm，力的平衡条件如式 (1)所示。机构受力矢量图如图5所示。

F FR23FR43FR4jFb0 (1)Cp图5 机构受力矢量图根据图解法，右侧第二组冲压机构传递到主轴上的力在大小上，FR14FR4117069N，方向如图5所示沿向，与水平成44∏。

2 主轴强度有限元分析2.1建立模型应用ANSYS软件，通过先建特征，再进行布尔运算的方法，得出主轴三维模型。为了便于施加载荷，需要在受力处创建硬点，而硬点在网格划分后-定会转换为节点，则创建硬点应以在几何中心所在的径向端面的形式进行创建，故将工作平面移至三个硬点的位置，采用布尔切割运算，应用工作平面切割体的方法来创建三个相应的平面；此外，主轴的自由度约束要施加在与轴承的配合圆柱面上，所以也要在主轴上创建与轴承内圈端面重合的径向面；最后，在每个硬点位置创建局部坐标系，并将Y轴旋转到每个对应的集中力的施加方向，为以后将每个硬点所对应的节点坐标系Y轴旋转至载荷方向做准备 。

2.2添加属性进行分析需要添加的属性条件包括：设置单元类型：主轴的单元属性选用lO节点四面体实体单元Tet 10node 92。

添加材料属性：EX：2.06El 1PRXY：O.29划分网格：采用二级质量进行智能网格划分。

图6 划 分网格模型 图施加载荷：划分单元后找出三个硬点所对应的节点，以便于在节点上施加集中力载荷。修改当前激活坐标系为局部坐标系，并且旋转右侧第二组处的节点坐标系与当前局部坐标系方向-致，然后施加集中力载荷，载荷数据如表1所示。

下转第145页务l 匐 似与机头的刚度，应在立柱的四个立角和机头悬臂的四个棱角加筋；在机头的前后 L型拐角处)jnv型筋，并且在机壳的前面和后面加-弧形筋：此外，应增加机头与底板的连接刚度。由图4可知，在电机皮带拉力作用下，主要需要加强立柱的刚度，在立柱的正面与侧面各有-斜向上的加强筋，在机头的L型拐角处有-斜向上的加强筋。在激励力和电机皮带拉力作用下，底板的优化结果趋于-致。由图5可以看出，在机壳的底板有两条纵向加强筋。

结合优化结果综合考虑，机壳在优化过程中需要改进与加强的部位有立柱的四个角，悬臂的四个角边，机头的L形拐角，机头与底板的连接处。具体做法是将机头前后两个面上的 V”型与 <”型区域加强；将底板下部的两根筋加高，使其与底板边沿等高，并向底板中心平移；在立柱的四个边角与悬臂的四个棱角进行加强。

3 结论结合本文所作的分析与研究，可以得出以下基本结论：1)通过模态分析，可以寻