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节点球夹緊装置的有限元分析
口马志宏2
王蝾2口蔡善乐2
1.兰州理丁大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室兰州730050
2.兰州理L大学机电T程学院兰州730050
摘要:应用有限元数值分析软件 ANSYS对节点球分度夹紧置的关键部件进行有限元分析,得到其受力分布情
况和模态,以确保在夹紧状态下不与外界发生共振,为改进受カ情况和结构优化提供了理论基础。
关键词:节点球夹装置有限元动态分析
中图分类号:TG751;0241.82
文献标识码:A
文章编号:1000-4998(2011)03-0035-03
螺栓球节点是大型体育馆、游泳池、展览馆、剧院
该装置工作原理为:夹紧电机经过减速器通过联
机场、车站候车室以及现代化工业厂房钢州架大结构的轴器米驱动左右旋丝杠旋转,带动夹爪向中心移动从
重要部件之一,节点球的制造精度及加工质量直接关系而夹紧节点球。在分度时X(Y)轴的一对夹爪处于夹紧
到网架的安全。螺栓节点球自动夹紧装置是实现对节状态,Y(X)轴的夹爪处于松开状态,由分度电机驱动夹
点球一次装夹多次分度完成多孔多[序加工的装置,因爪绕X(旋转完成一次分度,在进行加工时2对夹爪
此对节点球夹紧设备的重要部件进行静忞和动态分析同时处于夹紧状态。
以便为进一步改进提供理论基础是很有必要的。
由图1可以看出,节点球在夹紧状态时夹爪和丝
节点球夹紧装置简介
杠连接部分就成为影响整个夹紧装置整体性能的重要
因素,故取此关键部分为研究对象,对其进行静态和动
节点球夹紧装置简图见图1,该节点球夹紧装置态分析。
是由2对水平夹爪和1个竖向夹爪构成。水平爪主要
是完成自动分度和夹紧的作用,竖向夹爪是起辅助支2夹紧装置力学模型的建立
撑的作用,为水平夹爪在夹紧时分担一部分的竖向载
设对节点球钻孔时钻削轴向力为P,因此力由水
荷,使其夹紧更为可靠。
平方向上的2对夹爪共4个夹爪承担,故单一夹爪所
收稿日期:2010年9月
受的力F。为1/4P;在加工节点球时还会有切削扭矩M
い>い、込、、>、、い、、いー→ン、やい、いいいい心いいむ心、や、ジンい心いさい
为了检验回归方程的实际应用效果,现选取国内回归方程可以对试验结果进行预测和调优,便于利用
某油泵油嘴厂所生产的型号为ZCK155528的针阀二次曲面法式分析、等值线分析或者主轴梯度分析法
体进行跟踪。企业实际加工参数系统压力4.5MPa,磨对研磨过程进行优化分析,对针阀体加工过程的工艺
料浓度0.32,磨料粒度26.5um,将其代入流堇增速方参数优化有较大的指导价值。
程可得加工过程中流量增速的理论值为3.04ml/s。在
参考文献
加工现场对1000个随机样本进行统计,所得实际流[]赵洪学,陈兆坤.喷油器及其流量控制[丁].现代车用动力
量增速的均值为3.03ml/s,与理论值吻合度很高,说
2002(4):35-38.
明回归出的流量增速方程确实能很好地指导生产。
2]王洪荣,张形,王军.高压共轨柴油机喷油量修正及匹配
3总结
J.山东大学学报,2008,38(2:28-32.
张建新.高压共轨喷油器结构参数对喷油蜇特性影响的研
通过拟合方程的基于F检验法的数检验及实
究[J.现代车用动力,2003(1)-1-5.
际的实验验证可知,基于二次响应曲面法的针体喷[4]李明辉.基于磨料浆体射流技术的针阍体曠孔研磨关键技
孔研磨过程中的流量増速方程正确表述了针阀体研
术研究[D!.上海:上海大学,2010.
磨过程中流増速与系统压力、磨料浓度、磨料度[5]赵选民.试验设计方法「M]北京:科学出版社,2006
间的函数关系。数值检验结果表明、失拟平方和基本「6]任露泉.回归设计及其优化[M].北京:科学出版社,200
由试验误差引起,方程不失拟并且拟合很好,置信度
高,能够很好地指导针阀体实际加工。利用流量增速
(编辑凌云)
ANラ机械制造49卷第59期
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万方数据
F
1.4个水平夹瓜2.竖向夹爪3.丝杠左旋部分4.丝杠右旋部分
5.浮动联轴器6.减速器7夹紧电机8.分度电机
▲图1夹紧装置简图
▲图2夹紧装置力学模型
存在,而切削扭矩是由夹爪和节点球接触所产生的摩
用有限元软件加载分析可得其位移及应力分布情
力对转动中心的力矩来平衡,F。为钻削扭矩转化到况、,图4、图5给出其部分位移及应力图。
夹爪上的等效力;F、为夹爪的水平夹紧力,如图2所
由应力和位移云图可知,最大位移发生在夹爪的
示。假定在工件加工时夹爪夹紧可常,故夹爪与丝杠连端部,为0.2mm。X方向的位移为0.162mm,Y方向的
接处可等效为一固定端,为图2中的A点
位移为0.188mm,Z方向的位移为0.45mm。该装置中
3夹紧装置的有限元分析
的最大应力在夹爪连接处,夹紧装置的X方向的成力
为19.82MP,y方向的应力为6.99MP,Z方向的应力为
因为夹紧装置的部分为箱体,盖板是用螺栓连接7.51MP. Mises应力为20.351MP。以上的变形在加工精
的,在建立有限元模型时可认为其是连接可靠的,故可度允许范周之内,应力也在允许范围内。
以在建模时将其视为一体,有限元模型如图3所示
3.2夹紧装五动态分析
在有限元模型中模型的属性如表1所示,材料为
对夹紧装置的动态分析主要是进行模态分析、找
铸铁,采用常用的三.维8节点结构实体单元块体单元。出其各阶率和对的振型。通过仿真结果以便观察
表1有限元模型属性表
是否和外界的激励发生共振。在本分析中采用兰素斯
弹性模量Pa密度(kgm2)
泊松比
单元类法进行模态分析,兰索斯法采用mno递归算法,此
1.45E11
7550
0.25
SOLID185
法对计算系统特征值频谐包含一定范围的固有频率是
3.1夹紧裝置静态分析
很有效的。通常结构的前几阶模态对其影响较大,故提
在静态分析中ィク,其中P取各种T况下最大取前5阶模态。机床主轴的转速为30-4000min,在
节点球加工过程中有3个工况:铣端面、钻孔和攻丝。
的载衍,此处取P=25000:因为夹爪和节点球的接触钝端面所用为4齿钝刀,转速在304000mim时,其
为圆柱和球的相贯线一一圆,在计算F时可以近似认相应频率为2-2667Hz:在钻孔时主轴转速在30-4000
为M=4F。R,其中F。为夹爪和节点球接触所产生的摩r/min时,其对应的颖率为0.5-667Hz:由于攻丝时主轴
擦力,取M=15000Nm,为了安全起见取R最小值,以便
转速较慢,一般选在30-60r/min,其相应频率为0.5~
得到最大的F,求解出在最不利载荷下的应力分布
1Hz。用有限元分析软件进行模态分析后提取的前5阶
取F,=23670N。
频率及振型特征见表2。
△图3夹紧装置的有限元模型
▲图4夹紧装置总位移图
▲图5夹紧装置 Mises座力图
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机械制造49卷第59期
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