剪叉机构铰链耦合模型的分析

□ 马骊溟 □ 向 东 □ 许海波

长安大学 汽车学院 西安 710064

1 分析背景

剪叉机构除了可以广泛应用于移动式工作台外[1-2],还能够应用于高速机床内防护系统的防护罩[3-4]。机床内防护系统的工作动力来源于机床工作台与剪叉机构,剪叉机构的强度和使用寿命是防护系统工作运动的关键。以往对剪叉机构进行有限元分析时,只是简单地对剪叉机构上的销钉、螺母进行简化,如将螺母外倒角、内螺纹和销钉倒角、外螺纹去除,从而减小有限元分析时剪叉机构网格划分的难度[5]。然而这样并不能减小计算机的计算量,并且对计算机配置的要求也很高。当计算量过大时,还容易出现计算不收敛问题,导致分析报错。笔者以某高速机床防护罩剪叉机构为研究对象,基于刚化模型和铰链耦合模型对剪叉机构进行对比分析,以验证铰链耦合模型的正确性和合理性。

2 铰链耦合模型

剪叉机构铰链耦合模型应用ABAQUS有限元分析软件建立。铰链耦合模型将传统有限元分析时需要保留的销钉、螺母、垫片全部去除,只保留铰链片[6],模型由此大为简化。在铰链耦合模型中,铰链片销钉孔轴线上的中心点称为耦合点,用于代替销钉,铰链片绕销钉的转动简化为耦合点转动。单个铰链片耦合模型如图1所示。

在ABAQUS软件中采用耦合约束时[7],剪叉机构通常为上下两片铰链片一起绕销钉转动,因此在建立铰链耦合模型时还需要建立连接指派,将上铰链片耦合点和下铰链片耦合点用一条虚拟的线连接起来。……