蔣小麗

摘 要：隨著“中國制造2025”的提出，智能制造已經(jīng)成為當今社會工業(yè)生產(chǎn)的趨勢所在，智能裝備、基于工業(yè)機器人的自動化生產(chǎn)工廠等正在引領制造方式的變革。為了實現(xiàn)電子產(chǎn)品檢測的整條生產(chǎn)線的全自動化方案，該文針對某測試設備的門窗進行了改造，以達到自動控制設備門窗開關的目的。在對開關門組件進行結構設計后，對其中主要的受力構件—連桿基于ANSYS進行了有限元分析，分析結果顯示，該文設計的開關門組件力學性能能夠滿足所選設備門的自動化開關需求。

關鍵詞：自動化；測試設備；有限元分析；結構設計

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：A

1 結構設計

該文選取一款工業(yè)用的電子產(chǎn)品某性能測試的設備作為改造的載體。設備開門方向由右到左，開關門構件工作狀態(tài)如圖1、圖2所示。構件采用曲柄滑塊結構原理，選用工業(yè)用無桿滑臺氣缸作為滑塊，門鉸鏈作為機架，門的一部分作為曲柄，門與氣缸連接的部件作為連桿，通過給氣缸供氣使氣缸滑臺左右往復運動，從而帶動設備門開關。外部控制方式采用PLC控制。當被檢測電子產(chǎn)品需要進入設備測試時，外部PLC控制氣動電磁閥的線圈1使電控制氣缸向左運動，同時連桿帶動設備門繞門鉸鏈轉動，直到氣缸運動到最左端并保持該狀態(tài)。待測試電子產(chǎn)品放入設備，確認安全后，PLC控制氣動電磁閥的線圈2使電控制氣缸往右運動，連桿帶動設備門繞門鉸鏈轉動，直到整個設備門完全關閉，氣缸保持該狀態(tài)直到測試結束。

2 結構簡化以及受力分析

曲柄滑塊機構是一種通過曲柄和滑塊來實現(xiàn)轉動和移動相互轉換的平面連桿機構，曲柄滑塊機構在工程實踐中應用廣泛，對其研究和設計一直是機構學中的一個重要課題。該文利用曲柄滑塊原理將氣缸滑臺的往復運動轉化為設備門的不整周回轉運動。

該文將設計的開關門構件經(jīng)過簡化后，得到如圖3所示的正偏心曲柄滑塊機構，連桿作為最可能由于受力遭到破壞的構件，其受力如圖3所示?；谠撗芯吭O備的實際關門情況可知，當壓力角最小的時候關門力矩最大，即壓力角α為0時關門力矩需要最大。

3 主要部件的有限元分析

有限元分析是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件，從而得到問題的解。這個解不是準確解，而是近似解，由于實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù)實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，因此成為行之有效的工程分析手段。

該文對設計的開關門機構的主要受力部件—連桿進行了有限元分析，連桿平面幾何特征如圖4所示，桿總長460 mm，厚度12 mm，左右2個圓孔作為旋轉的安裝固定孔，圓孔直徑30 mm。經(jīng)過計算，作用在連桿上的壓力為12.4 MPa。

分析結果如圖5、圖6所示，連桿的等效應力為29.213 MPa，如圖5所示；最大主應力為29.659 MPa，如圖6所示，連桿與旋轉銷軸接觸且靠近兩端面的位置所受應力最大。以上得出的數(shù)據(jù)與該材料的力學性能參數(shù)對比后發(fā)現(xiàn)，連桿所受的應力遠遠小于其力學性能的極限值。說明該文設計的連桿在力學上滿足使用要求。

4 結語

該文通過將機械設計中常用的曲柄滑塊機構進行移植，成功實現(xiàn)了設備門窗的自動開關改造設計。要設計出一款適合設備門窗自動化開關的開門構件，必須合理地選取曲柄的長度，滑臺氣缸的缸徑和行程，同時對連桿的長度和厚度也要做一定的計算。該文在滿足結構需求后，對開關門構件的主要受力零部件—連桿做了有限元分析，分析結果顯示該連桿機構滿足力學性能要求。

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