皮革切割机连杆静力分析及优化

王光男

摘 要：本文主要使用有限元分析手段，并把Autodesk Simulation Mechanical这个软件当作相应的分析工具，对某种类型的皮革切割机连杆具有的静力强度进行分析，获得的结构在实际应用环境下的应力分布，并提出了连杆位置的装刀地方汇集着较多的应力比较显著，相关人员通过对结果的分析来对装刀处的结构方法做出了合理的改造。对已经改造完成的结构进行深入探讨，所得到的结果显示，在外载荷作用力相同的情况下改造完成的结构要比改造之前的应力降低了大概85.38%的范围。

关键词：连杆；皮革切割机；静力分析；结构优化

由于连杆属于传动装置的一部分，能够把偏心轴承的偏转慢慢转变成连杆底部刀件进行运动，进而起到切割的作用，它在皮革切割机中扮演着重要的角色，其结构具有的性能会对切割机的应用时间带来直接的影响。通常情况下，连杆工作往往是在反复振动的环境下运作的，为了进一步将效率加以提升，要求连杆需要符合相关强度及其刚度的基础上，还需要最大程度保证质量要轻一些。倘若想要处理好这个问题，那么相关人员就需要对结构优化方面做好认真的分析。当前，诸多科研人员主要依赖于CAD与CAE软件有效结合的方式控制成本的花费。简单的说把CAE分析系统和相关的CAD设计系统巧妙的结合是当前仿真设计必然的发展趋势。

1 模型的建立

连杆结构可以认为连杆由上连杆、中部杆及下连杆组成，这3个构件之间以螺纹连接的方式连接。上连杆的两个圆盘之间刚好放置偏心轴承，偏心轴承的高速转动带动连杆上下往复运动，刀片在连杆的带动下对皮革进行切割，同时切割机沿着一定的轨迹在车床上运动，从而切割出特定的形状，中部杆起连接作用，下连杆的底端是切割刀片的装夹位置。

根据连杆结构用三维设计软件建立连杆模型，并将模型转成igs格式导入到Autodesk Simulation Mechanical软件中进行静力学分析。

2 载荷及边界条件

通常情况下，连杆装配在相应的振动刀套上面，上连杆存在的圆盘中心位置存在着一个偏心轴承，而且峡两岸是利用相关轴承进行约束的，这样就促使栏杆仅仅顺着轴向平动及其转动的。而皮革对栏杆产生的作用力能够分为两个分量：一个是相应的轴向作用力；另一个是相应的径向作用力，而且该作用力产生的方向通常是在刀片及其相关接触面的位置处于垂直的状态。

3 改进前连杆的静力分析结果

相关人员需要在适量的情况下对模型增加一定的约束，并且在装刀面的上面增加10N的径向载荷，而且还需要在连杆底部的地方添加10N轴向载荷。

依据相关调查可以看出：刀头产生的作用力通常在装刀面产生的荷载力是10N，产生的最大应力一般保持在21.98Mpa的范围，产生的最大移位通常控制在1.7×10-5m，并呈现在连接面端的地方。这个时候相关人员依据具体应用状况可以看出，轴向荷载处于不变的状态，而产生的径向载荷会依据走刀速度的改变而发生变化。因此，本文主要对轴向荷载处于不变的状态下对产生的径向载荷从10N逐渐转变成100N的应力及其相关位移状况进行了分析，得到的结果请看表1所示。

同样分析改进后的结构在轴向载荷不变的情况下径向载荷从10N变化到100N的应力及位移情况，分析结果如表2所示。

对比改进前、后的应力情况可知，改进后结构的最大应力比改进前降低了85.38%，改进后的结构在100N的径向力作用下的最大应力为38.05MPa，能够符合结构在异常工况下的使用要求，说明这个改进合理可行。

4 对结构进行优化

从以上内容的论述可以看出，在梯形凸台的地方产生的应力集中状况比较显著。为了进一步优化应力集中的状况，相关人员需要对刀头结构进行改造考虑在内，把以往体型转变成U形，这样做的目的是避免结构出现突变的情况，并且需要将装刀地方的受力面积不断增加，与此同时U形槽的构件也可以起到稳固的作用。当相关人员在对装刀处进行改造的前期阶段及其后期结构的结果进行对比的结果如图1所示，相关人员对已经改造完成以后的结构在装刀上面添加大概10N的重力，并依据垂直的状态放置到相应的径向载荷上，在连杆底部的位置添加大概10N的轴向载荷，经过详细的分析获得Mises应力如图2所示，得到的位移如图3所示。

对比改进前、后的应力情况可知，改进后结构的最大應力比改进前降低了85.38%，改进后的结构在100N的径向力作用下的最大应力为38.05MPa，能够符合结构在异常工况下的使用要求，说明这个改进合理可行。

结束语

通过以上内容的论述，可以得知：相关人员在对已经发生破坏的模型进行相关研究以后，找到了连杆结构产生应力集中的具体位置，并制定出切实可行的改造方案。这个时候相关人员对已经成功改造以后的模型进行研究可以得知：模型经过改造以后产生的应力集中状况得到了不断优化，并且在处于相同外荷载的状态下具有的结果应力值降低了85.38%。而本文得到的分析结果希望可以给相似设计提供重要的参考依据。

参考文献

[1]杨志波，罗鹏飞，刘凯飞.基于有限元的发动机连杆优化设计[J].河南理工大学学报（自然科学版），2013（01）.

[2]阮帅帅，谭丕强，崔淑华.发动机连杆的有限元分析及结构优化[J].制造业自动化，2011（10）.

[3]代伟峰，樊文欣，程志军.基于ANSYS的连杆模态特性分析[J].机械工程与自动化，2007（04）.

[4]寇晓东，唐可，田彩军.ALGOR结构分析国际高级教程[M].清华大学出版社，2008.

[5]师汉民.机械振动系统[M].华中科技大学出版社，2004.endprint