皮革切割機(jī)連桿靜力分析及優(yōu)化＊

彭啟鳳，郭華忠，黃國(guó)健，陳 敏，王新華

（1.廣州市特種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)研究院，廣東 廣州 510180；2.廣東瑞州科技有限公司，廣東 佛山 528000）

1 問(wèn)題的提出

連桿作為皮革切割機(jī)的一個(gè)傳動(dòng)裝置，可以將偏心軸承的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B桿底部刀件的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)切割功能，它是皮革切割機(jī)的一個(gè)重要的組成裝置，其結(jié)構(gòu)性能直接影響切割機(jī)的使用壽命［1，2］。圖1為投入使用的皮革切割機(jī)整體示意圖。連桿工作時(shí)處于反復(fù)振動(dòng)過(guò)程之中，為了提高效率，要求連桿在滿足強(qiáng)度和剛度要求的同時(shí)，還需要質(zhì)量盡可能輕。要解決這個(gè)問(wèn)題就需要用到結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的理論［3］。越來(lái)越多的科研工作者借助CAD與CAE軟件的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，可以說(shuō)將CAE分析系統(tǒng)與CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)集成是目前仿真設(shè)計(jì)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)［4－6］。

圖1 切割機(jī)的整體示意圖

本文運(yùn)用三維有限元分析軟件Autodesk Simulation Mechanical，針對(duì)在實(shí)際使用過(guò)程中皮革切割機(jī)連桿與刀件的連接部分常發(fā)生斷裂的情況，先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力學(xué)分析計(jì)算，找出應(yīng)力集中明顯的區(qū)域，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，然后對(duì)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行分析，直到設(shè)計(jì)出一個(gè)具備足夠強(qiáng)度與剛度且易于加工及安裝的合理結(jié)構(gòu)。

2 模型的建立

連桿結(jié)構(gòu)如圖2所示，連桿的安裝形式如圖3所示，可以認(rèn)為連桿由上連桿、中部桿及下連桿組成，這3個(gè)構(gòu)件之間以螺紋連接的方式連接。上連桿的兩個(gè)圓盤之間剛好放置偏心軸承，偏心軸承的高速轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，刀片在連桿的帶動(dòng)下對(duì)皮革進(jìn)行切割，同時(shí)切割機(jī)沿著一定的軌跡在車床上運(yùn)動(dòng)，從而切割出特定的形狀，中部桿起連接作用，下連桿的底端是切割刀片的裝夾位置。……