王 浩，關(guān)會(huì)英

(吉林化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)

缸筒擴(kuò)徑機(jī)是汽車(chē)駕駛室翻轉(zhuǎn)油缸缸筒擴(kuò)徑的專(zhuān)用機(jī)床。缸筒擴(kuò)徑是生產(chǎn)翻轉(zhuǎn)油缸其中的一道工序，其目的為油缸缸筒兩端進(jìn)行擴(kuò)徑以達(dá)到一定的裝配要求及使用要求。之前所設(shè)計(jì)的擴(kuò)徑機(jī)需加工的缸筒內(nèi)徑為φ35～50 mm[1]，現(xiàn)有新的生產(chǎn)要求，需加工缸筒內(nèi)徑為φ35～80 mm。加載系統(tǒng)主油缸及執(zhí)行元件擴(kuò)徑?jīng)_頭，可在原有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行更換，而主要受力部件擋塊和推桿根據(jù)新的生產(chǎn)要求進(jìn)行相應(yīng)尺寸的更改。因此對(duì)原有擴(kuò)徑機(jī)的框架及擋塊、推桿通過(guò)ANSYS workbench進(jìn)行應(yīng)力和變形分析，以確定是否滿足新的生產(chǎn)需求[2-4]。

根據(jù)擴(kuò)徑機(jī)的實(shí)際尺寸，利用SolidWorks 2016軟件建立擴(kuò)徑機(jī)的三維模型，并另存為STP格式，然后將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到ANSYS workbench中。

一、整體框架分析

(一) 框架的模型建立及邊界條件

擴(kuò)徑過(guò)程中絕大部分載荷由框架所承受，框架底部為支架，頂部由兩側(cè)板及三根支撐桿組成。工作時(shí)，固定在右側(cè)板上的加載油缸帶動(dòng)沖頭進(jìn)行擴(kuò)徑，施加的載荷為200 KN?？蚣芸傮w材料為45號(hào)鋼，材料屬性根據(jù)表1定義[5-7]。

表1 45號(hào)鋼參數(shù)

根據(jù)工作原理可知，框架在工作過(guò)程中側(cè)板及支撐桿受到軸向的拉伸載荷，大小為200 KN。因此在兩側(cè)板受力集中處添加印記面并施加載荷，使載荷均勻分布。同時(shí)，在框架底部施加固定約束如圖1所示。

圖1 框架的模型及邊界條件

(二) 結(jié)果分析

通過(guò)上述分析求解過(guò)程，進(jìn)行結(jié)果后處理[8-10]。位移變形云圖如圖2所示，框架的最大形變數(shù)值為0.62 mm，位于框架前端第一根支撐桿中間處。形變數(shù)值較小，其對(duì)正常工作的影響可忽略不計(jì)。

圖2 框架位移變形云圖

應(yīng)力分布云圖如圖3所示，框架在載荷作用下所受到的最大應(yīng)力位于側(cè)板受力集中處，大小為108.66 MPa，小于45號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度σb，框架不會(huì)在載荷的作用下發(fā)生破壞，因此認(rèn)為框架的設(shè)計(jì)符合使用要求。

圖3 框架應(yīng)力分布云圖

二、擋塊分析

(一) 擋塊的模型建立及邊界條件

擋塊下半部加工成滑塊，與導(dǎo)軌配合調(diào)節(jié)工作范圍，上半部為工作部分，中間圓孔可通過(guò)沖頭。其作用是在擴(kuò)徑完成過(guò)程后，由于工件與沖頭之間存在的摩擦力以及工件的塑性變形會(huì)存在一定的回彈量，因此加載油缸回程時(shí)需要擋塊阻止工件隨著沖頭繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。擋塊材料為45號(hào)鋼，材料屬性根據(jù)表1定義。根據(jù)工作原理可知，擋塊在工作過(guò)程中受到軸向載荷，大小約為加載載荷的一半，即為100 KN。因此在擋塊工作部分添加印記面并施加載荷，使載荷均勻分布。同時(shí)，在滑塊兩端部施加固定約束如圖4所示。

圖4 擋塊的模型及邊界條件

(二) 結(jié)果分析

通過(guò)上述分析求解過(guò)程，進(jìn)行結(jié)果后處理。位移變形云圖如圖5所示，擋塊的最大形變數(shù)值為0.69 mm，位于擋塊上半部右端面最上方。根據(jù)擋塊的工作原理可知，此形變數(shù)值對(duì)正常工作的影響可忽略不計(jì)。

圖5 擋塊位移變形云圖

應(yīng)力分布云圖如圖6所示，擋塊在載荷作用下所受到的最大應(yīng)力位于擋塊上半部分右端與滑塊接觸位置，大小為1 660.2 MPa，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于45號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度σb，擋塊將會(huì)在載荷的作用下發(fā)生破壞，因此認(rèn)為擋塊的設(shè)計(jì)已不符合此時(shí)使用要求，需對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

圖6 擋塊應(yīng)力分布云圖

三、推桿分析

(一) 推桿模型建立及邊界條件

推桿分為兩段，右端與加載油缸相連接，左端通過(guò)螺紋與沖頭相連接。工作時(shí)，加載油缸帶動(dòng)推桿及沖頭整體運(yùn)動(dòng)。推桿材料為45號(hào)鋼，材料屬性根據(jù)表1定義。根據(jù)工作原理可知，推桿在工作過(guò)程中受到軸向載荷，大小200 KN。因此在推桿左端施加均布載荷，同時(shí)，在右端施加固定約束如圖7所示。

圖7 推桿的模型及邊界條件

(二) 結(jié)果分析

通過(guò)上述分析求解過(guò)程，進(jìn)行結(jié)果后處理。位移變形云圖如圖8所示，推桿的最大形變數(shù)值為0.1 mm，位于推桿左端與沖頭連接處。形變數(shù)值較小，其對(duì)正常工作的影響可忽略不計(jì)。

應(yīng)力分布云圖如圖9所示，推桿在載荷作用下所受到的最大應(yīng)力位于左端的螺紋孔處，大小為277.5 MPa，小于45號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度σb，推桿不會(huì)在載荷的作用下發(fā)生破壞，因此認(rèn)為推桿的設(shè)計(jì)符合使用要求。

圖9 推桿應(yīng)力分布云圖

四、結(jié) 語(yǔ)

(1) 通過(guò)對(duì)擴(kuò)徑機(jī)整體框架及推桿的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明框架及推桿的設(shè)計(jì)符合使用要求，不需要進(jìn)行相應(yīng)修改。

(2) 對(duì)擋塊的分析結(jié)果表明原有的擋塊結(jié)構(gòu)不符合新的使用要求，因此需要對(duì)擋塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。擋塊發(fā)生破壞的位置處于上半部的右端面與下半部滑塊接觸處，需加強(qiáng)此處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，優(yōu)化后的擋塊，如圖10所示。對(duì)擋塊重新進(jìn)行分析，結(jié)果如圖11、12所示。

圖10 優(yōu)化后的擋塊結(jié)構(gòu)圖

圖11 優(yōu)化后的擋塊位移變形云圖

圖12 優(yōu)化后的擋塊應(yīng)力分布云圖

結(jié)果表明，優(yōu)化后的擋塊符合使用要求。