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    自動上坯機結構設計及有限元分析

    發布于:2023-10-30 18:32
    有限元分析

          瓷器泥坯成型是瓷器加工的一個重要工序,我國盤類瓷器泥坯成型多為獨立工序,上坯和取坯主要以手工為主,這種加工方法不僅效率低、勞動強度大,而且很難融入后續的自動化生產線中。針對這一問題,研發一成組瓷器自動上坯機組,替代手工操作,改善工人工作環境,提高生產效率,實現生產的自動化。隨著計算機與軟件技術的日益普及和應用,有限元分析等現代結構分析方法已受到工程設計人員的廣泛認同和采用,并取得了顯著的技術經濟效益。因此,本文利用ANSYS有限元分析軟件對機組中的關鍵部件進行優化分析,并在此基礎上完成了成組瓷器自動上坯機組的開發。
          成組瓷器自動上坯機組針對盤類瓷器泥坯成型上坯和取坯而設計,所以主要參數根據企業給定的瓷器模具最大直徑與最大高度,模具和泥胎的重質量,以及仿型機的尺寸(仿型機工作臺高度)設計,如表1所示。
          本機組按照操作要求需完成成組模具的搬運、仿形機的上下料和模具的暫時停留。因此自動上坯機組分為三個主要執行部分,即機械運輸部分、上下料部分、傳送部分。
          成組瓷器自動上坯機組基本結構如圖1所示,六聯機械手同步將成組的六個放有泥胎的模具由傳輸帶抓起放到分段傳輸帶上;兩聯機械手兩直臂成120°,其中一個臂上的夾緊裝置將在仿型機上加工好的瓷器泥坯抓起,放到另外的分段傳送帶上,另一個臂上的加緊裝置抓起分段傳送帶上的泥胎,放到仿型機上;傳輸帶分為多段,每段都有紅外線對射裝置,當第一個泥胎被取走時,后面的泥胎向前傳動一段,當成型加工好的瓷器毛坯被放到第一段傳送帶上時,將向后傳遞,直至多段傳送帶被放滿相應段數的瓷器毛坯,再由同步搬運機械手將成組的多個瓷器毛坯同時抓起放到輸送帶上,送往干燥線,進行干燥。
          六聯機械手往復移動由伺服電機1FL4044驅動絲杠實現,機械手的抓取動作通過QGAⅡ型氣缸完成。兩聯機械手通過齒輪齒條的相對運動實現旋轉運動,由LCZ型雙作用氣缸實現高度調節。傳輸帶采用分段式控制來實現模具的運輸,利用光電門控制減速電機的起停,從而實現模具輸送中位置的精確放置。
          承重梁跨度大,是主要承受六聯機械手、滾輪和軌道等零件,在建立三維模型時,為了便于后續有限元分析,做出如下假設:(1)承重梁為理想焊接,焊接處強度近似于材料內部強度,在建立有限元模型時可不考慮焊接質量影響;(2)在不影響分析結果的前提下,忽略梁上小倒角、螺紋孔等結構。2.2承重梁靜力分析2.2.1材料屬性定義承重梁材料采用為45鋼,其屬性如表2所示。
          承重梁采用高階10節點實體結構單元solid187,用智能劃分網格,網格精度為5級,網格劃分。2.2.3施加約束與添加載荷對承重梁兩端施加約束(圖2),梁受力2400N。
          從圖3可得,承重梁所受最大應力為31.6MPa,最大應力出現在承重梁兩端,采用材料為45鋼,其屈服極限為355MPa,承重梁受到的應力均遠小于材料的屈服極限。成組瓷器自動上坯機安全系數取2,則2×31.6MPa=63.2MPa<355MPa。如圖4所示,變形主要產生在承重梁中間位置,正常工作時產生的最大變形為3.761mm,其它地方應力與變形較小。


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