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2012年PLM征文:基于INVENTOR的电脑横机车身结构分析

2012/11/2    来源:e-works    作者:高淑丽  白连科      
关键字:电脑横机  INVENTOR  车身结构分析  
本文借助INVENTOR软件对电脑横机的车身结构进行有限元分析,揭示了车身的应力与变形分布,可直观对比新旧模型的优劣以及不同选材的车身变形差异,为产品改进设计提供有力的理论依据。

0 前言

    电脑横机是生产羊毛衫的主要针织机械设备,适合棉、毛、麻、丝、羊绒、及各种化 纤、混纺纱线的编织。自1971年意大利普罗蒂公司研制出全球第一台电脑横机以来,电脑横机以其高效的生产及卓越的产品产出品质得到众多毛衫针织企业的追捧,并成为毛织企业转型升级过程中的关键设备。JW-PROTTIPV2C、PV3系列电脑横机是经纬榆次分公司成功收购国际著名电脑横机生产企业意大利普罗蒂(PROTTI)公司的改进版。其中,PV3P电脑横机采用用单一车头和三系统的设计,电脑横机车身的结构比较复杂,为便于加工与降低成本,迫切需要对车身进行设计改进。

    本文利用INVENTOR的分析功能对横机车身进行刚度与强度计算,将新旧设计模型进行对比分析,并对HT200和QT450进行选材分析。

1 模型数据准备

    采用INVENTOR软件建立三维模型(图1),其中帧板固定在车身上,车头可沿着导轨来回移动,由于车身是由两端墙板支撑,所以当车头运动到车身中间位置时,车身位移变化最大,选取此工况为研究状态,分析车身在安装车头、帧板、支撑块和导轨后的受力变形情况。

实体装配模型

    图1 实体装配模型

    1.1 材料数据

    分析模型中,涉及的主要零件的材料(表1)及其力学性能(表2)如下:

    表1 零件所用材料

零件所用材料

    表2 材料属性

材料属性

 

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    1.2 边界条件

    横机车身受力产生的变形主要是由本身的重力和安装在其上的车头对其产生的压力,还有底座对其产生的约束力,为了使分析更接近实际工况,本次将横机车身和其上安装的零部件看作为一个整体,然后对其施加重力,边界条件如表3所示:

    表3 边界条件

边界条件

2 有限元模型分析

    2.1 简化模型

    由于车身设计模型相当复杂,为了便于网格划分,提高分析效率,需简化模型(即隐含或删除对分析结果影响较小的特征),简化后的分析模型如下:

简化模型

    图2 简化模型

    2.2 分配材料

    创建新材料并分配给模型中每个零件(如果材料库没有相同的材料也可用具有相同物理特性的替代材料进行替代。)

    2.3 施加约束与载荷

    选取车身与墙板支撑相接触面为固定约束,如图3红色部分所示,并对整个模型施加重力载荷。

模型约束

    图3 模型约束

    2.5 划分网格与运行分析

    网格划分是有限元分析的关键一环。网格划分过小会增加计算时间,降低工作效率,过大会使计算不精确甚至网格划分失败。综合考虑,本模型采用系统缺省设置,平均单元大小为0.1,最大转角为60 º,划分后的节点数为371458,网格数为222433,整体模型网格划分结果如图4所示。

网格划分

    图4 网格划分

 

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3 结果分析

    1.车身原模型,材料为HT200时,整个装配体应力分布如图5所示:

应力分布

    图5 应力分布

    2.车身原模型,材料为HT200时,车身中段的位移变化如图6所示:

位移变化

    图6 位移变化

    3.车身新模型,材料为HT200时,整个装配体的应力分布情况如图7所示:

应力分布

    图7 应力分布

    4.车身新模型,材料为HT200时,车身中段的变形情况如图8所示:

位移变化

    图8 位移变化

    5.车身新模型,材料改为QT450时,车身中段的变形情况如图9所示:

位移变化

    图9 位移变化

    由以上的分析结果可以看出:

    新旧模型均满足强度要求,新模型为【8.11MPa】,原模型为【11.76MPa】。

    新模型的车身变形量较原模型小,新模型为【0.017mm】,原模型为【0.025mm】。

    新模型的结构相对简单,重量较原模型小,新模型为【240Kg】,原模型为【280Kg】节约了材料,降低了成本。

    在材料的选择上,选用QT450时的位移变化比HT200小,前者为【0.012mm】,后者为【0.017mm】。但HT200的位移变化量足可满足设计刚度,为节约成本考虑,建议车身材料优选用HT200即可。

4 结论

    本文利用INVENTOR进行车身的应力分析,可动态观察车身的变形情况,直观对比出新旧模型的优劣。分析表明,改进设计既提高了零件的强度,又降低了生产成本,其改进设计方案是切实可行的,为电脑横机设计项目组提供了有力的理论支持。

责任编辑:程玥
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