楊強(qiáng)中

【摘 要】針對(duì)一款柔性材料切割刀需對(duì)其內(nèi)部的碳纖維片在載荷作用下做應(yīng)力應(yīng)變分析，在SolidWorks軟件中建立了該柔性材料切割刀的三維模型，利用SolidWorks motion對(duì)其零部件進(jìn)行了反作用力分析，以便于后續(xù)的簡(jiǎn)化操作;同時(shí)，計(jì)算了碳纖維片以下部分零部件質(zhì)量，以求得碳纖維片收到的下拉力，從而達(dá)到簡(jiǎn)化的效果。使用SolidWorks simulation中的靜態(tài)分析，對(duì)碳纖維片進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，獲取應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D及相關(guān)數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】SolidWorks;碳纖維片;應(yīng)力應(yīng)變

【中圖分類號(hào)】TG333.21 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）10-0047-02

0 引言

柔性材料切割刀是一種目前切割機(jī)上非常重要的零件，切割材料都是由切割刀完成，目前一款新型切割刀（三維模型如圖1所示）中有一個(gè)重要零件——碳纖維片1，它對(duì)切割刀工作的安全性及效率起到至關(guān)重要的作用。由于碳纖維片是和偏心輪、導(dǎo)向軸相連的部件，它也起到傳遞動(dòng)力的作用，電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心輪通過碳纖維片帶動(dòng)其以下部分實(shí)現(xiàn)上下直線運(yùn)動(dòng)，碳纖維片既收到偏心輪帶來的振動(dòng)，還受到雙向的作用力，如果在工作時(shí)出現(xiàn)疲勞損壞或是斷裂現(xiàn)象，將直接使切割刀無法正常工作，甚至?xí)?duì)附近操作人員帶來身體傷害，所以對(duì)碳纖維片做應(yīng)力應(yīng)變分析非常重要，但由于切割刀三維模型太復(fù)雜，包括ansys workbench等專門用來做分析的軟件都出現(xiàn)模型太復(fù)雜及網(wǎng)格劃分需占用大量?jī)?nèi)存空間等問題，故本文將通過對(duì)切割刀進(jìn)行簡(jiǎn)化后再對(duì)碳纖維片進(jìn)行分析。

1 簡(jiǎn)化過程

由于嘗試過使用SolidWorks Simulation及ANSYS workbench等軟件直接對(duì)切割刀進(jìn)行靜態(tài)分析時(shí)出現(xiàn)了模型不穩(wěn)定、約束不適當(dāng)、模型太復(fù)雜、CFX-mesh method網(wǎng)格劃分需占用大量?jī)?nèi)存空間等問題，以至于無法求解，因此通過力學(xué)方面知識(shí)對(duì)切割刀進(jìn)行簡(jiǎn)化，步驟如下。

（1）將碳纖維片以下所有相連的零部件質(zhì)量通過SolidWorks評(píng)估中的質(zhì)量特性獲取到數(shù)值，由G=mg計(jì)算出這些零部件的總重力，將這些零部件從模型中去除，由總重力代替，減少了因繁雜裝配導(dǎo)致的干涉問題。

（2）利用SolidWorks motion對(duì)偏心輪、軸承、軸承套、碳纖維片進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，在偏心輪與電機(jī)軸連接處添加一個(gè)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，由實(shí)際情況將轉(zhuǎn)速設(shè)置為19 800 rpm，獲取碳纖維片與偏心輪連接處的支撐反力情況（如圖2所示），可知碳纖維片所受偏心輪作用力最大壓力-3 N，最大拉力為2 N。

2 SolidWorks simulation靜態(tài)分析

通過對(duì)切割刀的簡(jiǎn)化，只取出碳纖維片，選擇SolidWorks simulation中的靜態(tài)分析，根據(jù)實(shí)際情況在“零件”中將碳纖維片材料定義為合金鋼，考慮到碳纖維片的兩端圓孔處是由兩緊固螺釘固定連接的，故在“夾具”中在此兩處設(shè)置“固定”;由于簡(jiǎn)化過程中偏心輪對(duì)碳纖維片的作用力為諧波，只選擇考慮其最大壓力和最大拉力時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變，因此在“外部載荷”中分別設(shè)置碳纖維片上部作用力為最大壓力-3 N及最大拉力2 N，此處做兩步分析;在碳纖維片下部添加零部件簡(jiǎn)化后的重力。隨后進(jìn)行網(wǎng)格劃分和運(yùn)算，分別獲取受偏心輪最大壓力及最大拉力的應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果圖（如圖3所示）。

3 結(jié)論

本文通過建立及簡(jiǎn)化新型柔性材料切割刀三維模型，對(duì)碳纖維片進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變分析，得到其應(yīng)力應(yīng)變分布圖。在簡(jiǎn)化過程中，利用力學(xué)理論、SolidWorks motion動(dòng)態(tài)分析等，通過力來代替復(fù)雜的零部件及其約束，為以后對(duì)復(fù)雜模型進(jìn)行各種類型的分析提供了一種簡(jiǎn)便的方法。

參 考 文 獻(xiàn)

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