皮革切割機連桿靜力分析及優化

王光男

摘 要：本文主要使用有限元分析手段，并把Autodesk Simulation Mechanical這個軟件當作相應的分析工具，對某種類型的皮革切割機連桿具有的靜力強度進行分析，獲得的結構在實際應用環境下的應力分布，并提出了連桿位置的裝刀地方匯集著較多的應力比較顯著，相關人員通過對結果的分析來對裝刀處的結構方法做出了合理的改造。對已經改造完成的結構進行深入探討，所得到的結果顯示，在外載荷作用力相同的情況下改造完成的結構要比改造之前的應力降低了大概85.38%的范圍。

關鍵詞：連桿；皮革切割機；靜力分析；結構優化

由于連桿屬于傳動裝置的一部分，能夠把偏心軸承的偏轉慢慢轉變成連桿底部刀件進行運動，進而起到切割的作用，它在皮革切割機中扮演著重要的角色，其結構具有的性能會對切割機的應用時間帶來直接的影響。通常情況下，連桿工作往往是在反復振動的環境下運作的，為了進一步將效率加以提升，要求連桿需要符合相關強度及其剛度的基礎上，還需要最大程度保證質量要輕一些。倘若想要處理好這個問題，那么相關人員就需要對結構優化方面做好認真的分析。當前，諸多科研人員主要依賴于CAD與CAE軟件有效結合的方式控制成本的花費。簡單的說把CAE分析系統和相關的CAD設計系統巧妙的結合是當前仿真設計必然的發展趨勢。

1 模型的建立

連桿結構可以認為連桿由上連桿、中部桿及下連桿組成，這3個構件之間以螺紋連接的方式連接。上連桿的兩個圓盤之間剛好放置偏心軸承，偏心軸承的高速轉動帶動連桿上下往復運動，刀片在連桿的帶動下對皮革進行切割，同時切割機沿著一定的軌跡在車床上運動，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。

根據連桿結構用三維設計軟件建立連桿模型，并將模型轉成igs格式導入到Autodesk Simulation Mechanical軟件中進行靜力學分析。

2 載荷及邊界條件

通常情況下，連桿裝配在相應的振動刀套上面，上連桿存在的圓盤中心位置存在著一個偏心軸承，而且峽兩岸是利用相關軸承進行約束的，這樣就促使欄桿僅僅順著軸向平動及其轉動的。而皮革對欄桿產生的作用力能夠分為兩個分量：一個是相應的軸向作用力；另一個是相應的徑向作用力，而且該作用力產生的方向通常是在刀片及其相關接觸面的位置處于垂直的狀態。

3 改進前連桿的靜力分析結果

相關人員需要在適量的情況下對模型增加一定的約束，并且在裝刀面的上面增加10N的徑向載荷，而且還需要在連桿底部的地方添加10N軸向載荷。

依據相關調查可以看出：刀頭產生的作用力通常在裝刀面產生的荷載力是10N，產生的最大應力一般保持在21.98Mpa的范圍，產生的最大移位通常控制在1.7×10-5m，并呈現在連接面端的地方。這個時候相關人員依據具體應用狀況可以看出，軸向荷載處于不變的狀態，而產生的徑向載荷會依據走刀速度的改變而發生變化。因此，本文主要對軸向荷載處于不變的狀態下對產生的徑向載荷從10N逐漸轉變成100N的應力及其相關位移狀況進行了分析，得到的結果請看表1所示。

同樣分析改進后的結構在軸向載荷不變的情況下徑向載荷從10N變化到100N的應力及位移情況，分析結果如表2所示。

對比改進前、后的應力情況可知，改進后結構的最大應力比改進前降低了85.38%，改進后的結構在100N的徑向力作用下的最大應力為38.05MPa，能夠符合結構在異常工況下的使用要求，說明這個改進合理可行。

4 對結構進行優化

從以上內容的論述可以看出，在梯形凸臺的地方產生的應力集中狀況比較顯著。為了進一步優化應力集中的狀況，相關人員需要對刀頭結構進行改造考慮在內，把以往體型轉變成U形，這樣做的目的是避免結構出現突變的情況，并且需要將裝刀地方的受力面積不斷增加，與此同時U形槽的構件也可以起到穩固的作用。當相關人員在對裝刀處進行改造的前期階段及其后期結構的結果進行對比的結果如圖1所示，相關人員對已經改造完成以后的結構在裝刀上面添加大概10N的重力，并依據垂直的狀態放置到相應的徑向載荷上，在連桿底部的位置添加大概10N的軸向載荷，經過詳細的分析獲得Mises應力如圖2所示，得到的位移如圖3所示。

對比改進前、后的應力情況可知，改進后結構的最大應力比改進前降低了85.38%，改進后的結構在100N的徑向力作用下的最大應力為38.05MPa，能夠符合結構在異常工況下的使用要求，說明這個改進合理可行。

結束語

通過以上內容的論述，可以得知：相關人員在對已經發生破壞的模型進行相關研究以后，找到了連桿結構產生應力集中的具體位置，并制定出切實可行的改造方案。這個時候相關人員對已經成功改造以后的模型進行研究可以得知：模型經過改造以后產生的應力集中狀況得到了不斷優化，并且在處于相同外荷載的狀態下具有的結果應力值降低了85.38%。而本文得到的分析結果希望可以給相似設計提供重要的參考依據。

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