基于有限元法的横向载荷条件下丝杠升降机静强度分析
升降机构有限元分析
升降机构有限元分析
设计要求：
（1）输入转速1500rpm。
（2）额定提升载荷2000N。
分析零件
该升降装置中，蜗杆、蜗轮是传动装置，本体零件是主要的承载部分。
因此，这里对本体零件进行静力分析。
分析目的
验证本体零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。
分析结果
按书中尺寸建立模型，零件体积为68.7cm3。
材料选用可锻铸铁，极限应力275.7MPa。
根据零件的工作情况，对该零件进行静力分析，结果如图1-9所示。
模型的最大von Mises 为62.1MPa,零件的安全系数约为4.4。
图1-9 本体零件应力云图
零件改进
由零件的应力云图可以看出，零件上的最大应力为62.1MPa，零件上应力小的部分比较多，同时考虑零件的结构，如钻螺纹孔，可以对这些部位减小尺寸，从而减轻零件的质量。
除了减小了零件的厚度外，还更改了模型上加强筋结构的尺寸和结构。
改进后零件的体积为60cm3
进后的模型运行静力分析，结果如图1-10所示：最大von Mises为120.5MPa，安全系数约2.3。
图1-10 改进模型应力云图
成本节约
模型原来的体积为68.7cm3，改进后的模型的体积为60cm3，体积减少了8.7cm3，每件减少的重量为63.5g，如果生产10000件，那么总共可节省材料635kg，以当前可锻铸铁的市场价格为10000元/吨，那么可以节省6350元。
基于有限元分析的机械结构强度研究
基于有限元分析的机械结构强度研究近年来，随着科学技术的快速发展，机械结构在工程设计中扮演着不可或缺的角色。
而为了确保机械结构的强度和可靠性，在设计过程中采用有限元分析成为一种常见的方法。
本文将从有限元分析的原理、应用和案例等方面来研究机械结构的强度问题。
一、有限元分析的原理有限元分析是一种数值分析方法，通过将复杂的结构分割成许多小的有限元素，然后对每个有限元素进行力学计算，最终得到整个结构的力学行为。
在有限元分析中，结构被离散成有限数目的节点和单元，通过建立数学模型，采用适当的数值算法来求解结构的应力、应变和变形等参数。
二、有限元分析的应用有限元分析在机械结构设计中有着广泛的应用。
首先，有限元分析可以模拟和预测机械结构在不同载荷下的应力分布和变形情况，从而帮助工程师评估结构的强度和稳定性。
其次，有限元分析还可以用于优化机械结构设计。
通过调整结构的几何形状、材料和边界条件等参数，工程师可以利用有限元分析来寻找最优的设计方案，提高结构的性能和效率。
三、有限元分析的案例研究为了更加具体地理解有限元分析在机械结构强度研究中的应用，我们以汽车悬挂系统为例展开研究。
汽车悬挂系统作为车辆的关键部件之一，直接影响到车辆的驾驶舒适性和安全性。
在有限元分析中，我们首先将整个悬挂系统离散成有限数目的节点和单元。
然后，我们根据实际情况设置不同的载荷条件，如车辆行驶时的垂直荷载、弯曲载荷和横向力等。
接下来，我们通过数值计算得到每个节点和单元的应力分布和变形情况。
通过对悬挂系统的有限元分析，我们可以得到以下几个方面的研究结果。
首先，我们可以评估悬挂系统在不同道路条件下的强度和稳定性。
通过分析应力分布，我们可以找到悬挂系统中的强度热点，进而采取相应的措施来提高结构的强度。
其次，我们还可以优化悬挂系统的设计。
通过调整悬挂系统的参数，如弹簧刚度和减震器特性等，我们可以改善悬挂系统的性能，提高驾驶舒适性和安全性。
总结起来，基于有限元分析的机械结构强度研究是一种高效且可靠的工程设计方法。
采用非线性有限元分析技术预测复杂飞机结构静强度承载能力
采用非线性有限元分析技术预测复杂飞机结构静强度承载能力于振波【摘要】A nonlinear finite element method (NFEM),which covers geometry,material and contact nonlinear types, is used to obtain the static bearing capacity of complicated airframes. The NFEM results are in good agreement with test results, which indicates that the NFEM can accurately calculate the stress distribution and get the ultimate static strength of complicated structures.%文章采用非线性有限元分析技术对复杂飞机结构的静强度承载能力进行了计算.非线性有限元分析考虑几何、材料和接触非线性三种非线性类型.有限元分析结果与试验结果吻合.通过该工作表明,采用非线性有限元分析技术能够获得复杂结构的准确应力状态,结合适用的强度理论,可以精准预测复杂结构静强度承载能力.【期刊名称】《江苏科技信息》【年(卷),期】2015(000)020【总页数】3页(P36-38)【关键词】非线性有限元;复杂结构;静强度【作者】于振波【作者单位】上海飞机设计研究院,上海 201210【正文语种】中文0 引言随着现代航空工业的迅速发展和铝合金材料加工能力的提升，航空结构设计趋向于整体化和复杂化，基于传统材料力学理论建立的工程计算方法往往无法准确预测复杂结构的静强度承载能力，工程师往往采用偏保守的工程处理方法对结构静强度承载能力进行预测［1］。
然而，在飞机设计领域，这种处理方式显然是不合适的，飞机每增重一克重量在其长达几十年的运营中将耗费数以千万的财富，因此，为减轻每一克重量，飞机设计领域一直在探索更准确的预测结构静强度承载能力的方法。
基于有限元分析的机械结构静_动态性能优化设计_徐燕申
三、变量化准静态优化分析一般来说，如果结构只受静态力，或受动态激励其频率在结构固有频率１／３之下的结构，可只做静１、准静态优化分析的概念所谓准静态方式，就是用动态分析的方法和技术，在一定条件下来研究结构的静态特性。
通常是依比为参数，在保证结构一定质量的前提下，确定具有理想刚度的布局。
２、准静态优化分析的应用例如在液压机机身设计中，要求机身结构具有用变量化准静态分析方法对其拓扑结构进行优化。
以钢板焊接结构液压机为例，若以板厚为设计目标函数： min f X ()=ρa j xjn∑ （１）—设计变量，j =1,2,...,n ； ρ—钢板材料密度；a j —厚度为x j 的钢板面积； u []—许用变形值；u j —厚度为有频率值。
例如，某单缸液压机上梁双横主筋板厚度及位置与低阶固有频率的关系，用准静态方法进行优化低阶振型示意图，同结构的静变形。
不断地改变横主筋板的厚度，就得到一条相应的上梁固有频率变化图５ 横主筋板位置与低阶固有频率曲线图ｔhat welded joints’ impact toughness and dynamic fracture toughness are affected by welded matching, zone and loading rate. It is not safe that designing welded joins with impact loading under traditional intensity theory. One should pay more attention to welded joints’impact toughness and dynamic fracture toughness. Key words: welded joints; impact loading; fracture toughnessStudy And Application On Driving Torque Of Internal Combustion EngineAbstract: Fluctuation of phase of single harmonic driving torque is studied, and the relationship between phase of single crankshaft harmonic torsion vibration and that of corresponding harmonic driving torque is described. When torsion vibration is calculating, the phase of driving torque must be taken into account. The approach using phase of crankshall harmonic torsion vibration to diagnose the individual cylinder fault is developed further.Key words: phase; torsion vibration; fault diagnosisStudy On The Dynamic Performance Test System Of Automotive SuspensionAbstract: This paper focuses on the function augment of the mechanism suspension performance test rig system by using computer to control transducer atomatically, The expanded system can meet the requirements of automotive suspension’s dynamic performance test. And the system identification theory is applied into the suspension’s modeling in order to simulate the suspension in random stimulus and in various inputs, so the suspension’s dynamic performance can be estimated systematically. It proves to be a more perfect dynamic performance test system of suspension.Key words: suspension; transducer; system identifitalion; dynamic performance; test rigＭａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ ＤｙｎａｍｉｃｓAnalysis Of Dynamic Characteristics For High-speed Spindle Double-rotors System On Nc Lathe Abstract: Ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ＮＣ ｌａｔｈｅ ｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｍｅｔｈｏｄfor the first time. According to the results, the spindle system can work safely and stably because its highest rotating speed is far below the first natural frequency of the system. At same time, the coupling stiffness of double rotors were figured out by the FEM, which provides a valid method for the similar problems.Key words: whole transfer matrix method; coupling matrix; supporting stiffness; natural frequency; main mode; FEMResearch On Kinematics Simulation Of High Speed And Precision Numerical Control Lathe Abstract: Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，ｔｈｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｔｈｅ ｈａｓ ｂｅｎ ｒｅａｌｉｚｅｄａｎｄ ｔｈｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｑｕｉｃｋｌｙ ｌａｔｈｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏｖｉｄｅｄ． Ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｒ ｃｏｕｌｄｎｏｔ ｏｎｌｙ ｏｂｓｅｒｖｅ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｄｙｎａｍｉｃ ｄｉｓｐｌａｙａｎｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｌａｔｈｅ ｉｎ ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｆｏｒｅｃａｓｔ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｐｒｏｂｌｅｍｓ ｗｈｉｃｈ ａｐｐｅａｒ ｐｏｓｓｉｂｌｙ ｄｕｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｂｅｆｏｒｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｗｉｌｌ ｂｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ， ａｓｓｕｒｅ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ， ｓｈｏｒｔｅｎ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄｒｅｄｕｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｓｔ．Key w ords: ｍｕｔｉｌ－ｂｏｄｙ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ； ｖｉｒｔｕａｌ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｔｈｅ； ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎMechanical Structural Staticl/Dynastic Optimization Design Based On Finite Element Analysis Abstract: Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔａｔｉｃ／ｄｙｎａｓｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｉｔｓ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔａｔｉｃ／ｄｙｎａｓｔｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｗｈａｔ ａｒｅｕｓｉｎｇ ｑｕａｓｉ－ｓｔａｔｉｃ ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ａｎｄ ｉｎｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｉｍｐｒｏｖｅｓｄｙｎａｓｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂｙｄｉｖｉｄｉｎｇ ｉｔ ｉｎｔｏ ｅｌｅｍｅｎｔ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅｍ；ｏｂｔａｉｎｓ ｃｏｍｂｉｎｅ－ｓｕｒｆａｃｅ－ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｆｏｒ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｍａｃｈｉｎｅ．Key words: ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ； ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｓｔａｔｉｃ／ｄｙｎａｓｔｉｃ； ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎOptimized Design Of The Industrial Crystallier Propeller’s Structure Base On CFDAbstract: The structure of industrial crystallier propeller has been analyzed. The influence rule of structural parameters on the flow field is ｓｅａｒｃｈｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ・ ０９ ・。
横向滚珠丝杠驱动升降平台设计要点分析
工业生产中升降设备有着广泛应用，如登高作业平台、升降货梯以及升降平台等。
升降设备按外形可分为剪叉式、折臂式、铝合金桅杆式以及门架导轨式等，其中剪叉式升降平台由于承载面积大、结构稳定而最常见。
现有剪叉式升降平台多以液压泵站作为动力源，通过液压缸驱动剪叉机构伸缩达到升降台面升降的目的。
常规液压元件不能做到绝对密封，液压升降平台在负载长时间作用下会出现自降情况。
对于升降高度下沉量要求高的场合，液压升降平台无法满足要求。
另外，由于液压油存在泄漏风险，在一些对环境要求高的场合不适用液压升降平台。
本文介绍了一种滚珠丝杠升降平台以克服上述不足。
1 横向滚珠丝杠驱动升降平台的应用特点丝杠升降机可分为直升式和剪叉式两种。
直升式螺旋丝杠升降机的升降行程必须小于升降机的自身高度。
当使用要求自身高度低于升降行程时，直升式螺旋丝杠升降机则不适用。
钢性链升降平台也可以满足长时间负重台面不下沉的要求，但是刚性链结构复杂造价高，且此类升降平台只能由底部上部受力，存在使用的局限性。
横向滚珠丝杠驱动剪叉升降台具有如下优点：（1）采用丝杠螺旋传动代替液压缸驱动，解决升降平台长时间负载作用下的沉降问题；（2）传动丝杠由高精度滚珠丝杠代替普通梯形丝杠，减小传动间隙，提高了定位精度，同时降低了丝杠传动的摩擦力，设备的使用频率不受限制，增加了设备的运行寿命，减小了功率损耗；（3）丝杠在剪叉结构中心带动连杆运动，剪叉上下同时受力，双侧受力，稳定性相比丝杠安装在剪叉底部的单侧驱动的结构更加合理。
2 横向驱动丝杠升降平台的结构组成及升降原理2.1 结构组成图1是横向滚珠丝杠驱动剪叉升降平台的结构示意图。
横向滚珠丝杠驱动升降平台由底盘、上台面、剪叉臂架组、连杆、螺母安装架、电机安装架、减速电机、滚珠丝杠总成以及电控箱等组成。
2.2 升降原理减速电机旋转带动丝杠原地旋转，螺母做往复直线运动，螺母移动带动连杆摆动，从而改变剪叉臂架摆动角度，达到上台面升降的目的。
有限元法在船舶检验工作中的应用研究
有限元法在船舶检验工作中的应用研究【摘要】本文围绕着有限元法，具体分析了有限元法的一些特点，并详细分析了其在船舶检验工作中的具体应用，提出了使用有限元法具体过程和需要注意的事项，以期能够让有限元法更好的应用于船舶检验中。
【关键词】有限元法；船舶检验；应用一、前言有限元法具有诸多优势，能够和现代计算机技术充分融合，从而提高船舶检验的科学性和检验结果的准确性。
因此，在船舶检验中利用有限元法是非常具有现实意义的。
二、船舶检验工作随着我国水运经济的快速发展，极大地刺激了国内外航运业和造船市场的发展，同时也出现了一大批低质量船舶充斥其间，给海上人命安全、水域环境和船货安全带来了极大的威胁。
如何通过加强船舶检验管理工作，有效控制低质量船舶成为大家共同面对的问题。
针对船舶检验工作特点，结合监管力量分布实际，要求施工单位、船舶等安全生产责任主体要树立“安全第一”意识，及时将安全工作的具体要求传达给现场施工人员，督促其按章操作，杜绝思想麻痹；要求作业船舶应按规定显示号灯、号型，及时总结检查发现的问题，要求施工单位认真落实整改措施。
船舶检验是船舶检验机构对船舶及其设备的技术状况进行检验、审核、测试和鉴定的总称。
船舶技术证书是证明船舶技术状况的文件。
船舶只有通过相应的检验，才能取得必要的技术证书或保持技术证书继续有效。
三、有限元法的特点据相关资料表明，一个新的产品能够在设计的阶段解决超过60%的问题。
有限元方法是一种求解各种繁复工程问题的重要分析方法，同时也是开展科学研究的重要工具。
运用有限元方法就能够在产品（包括结构以及工艺）设计的时候进行参数的分析与优化，以此来提高产品的质量。
有限元的分析法目前已经成为了取代大量实物进行试验的数值化“虚拟试验”，在该种方法的条件下，大部分的计算分析以及典型的验证性试验进行相互结合能够提高效率以及降低成本。
在对有限元法的使用功能上，其具有以下的特点：1、它是一种完全适用于Windows界面下工作的新程序，且应用更加的简单方便。
机械结构的静态强度分析与优化设计
机械结构的静态强度分析与优化设计引言：机械结构的强度是指其能够承受外部载荷而不发生破坏的能力。
静态强度分析是机械结构设计中重要的一环，通过对机械结构进行强度分析，可以评估其在实际工作状态下的受力情况，并帮助优化设计，提高机械结构的可靠性和安全性。
本文将从静态强度分析的基本原理开始，探讨机械结构的强度优化设计方法。
一、静态强度分析的基本原理静态强度分析是通过应力分析来评估机械结构受力情况的一种方法。
在分析过程中，常用的力学原理有静力平衡原理和材料力学原理。
静力平衡原理指出，机械结构在静止状态下，外力和内力之间必须保持平衡。
材料力学原理则研究材料在外力作用下的变形和破坏规律。
根据这些原理，可以计算机械结构中各部分的应力和变形情况，进而评估其强度。
二、机械结构的强度分析方法在进行机械结构的强度分析时，通常采用有限元方法。
有限元方法将结构分割成无数个小单元，通过对这些小单元的应力和变形进行计算，再综合得到整个结构的应力和变形情况。
这种方法能够较准确地模拟结构的实际受力情况，帮助工程师评估结构的强度。
为了进行有限元分析，首先需要建立机械结构的几何模型。
常用的建模软件有SolidWorks、CATIA等。
通过这些软件，可以三维地绘制出机械结构的外形。
然后，根据设计要求和工作条件，确定结构受到的载荷和约束。
载荷可以是重力、液压、机械等多种形式。
约束则是为了限制结构的运动范围，以模拟实际使用情况。
建立好模型后，还需要确定材料的物理性质。
材料的强度、刚度、韧性等参数往往直接影响结构的强度。
这些参数通常通过实验获得，可以在有关材料手册中查找。
有了几何模型、载荷和约束以及材料参数，就可以进行有限元分析了。
首先，将结构模型导入有限元分析软件中，并选择合适的单元类型和单元网格密度。
然后，设置边界条件、约束和载荷。
接着，通过有限元软件进行计算，得到结构中各部分的应力和变形情况。
最后，对结果进行评估和验证，确保结构的强度满足设计要求。
基于有限元法的离合器壳体静强度分析及改进
１２ 边 界 条 件 ． 根 据 变 速 箱 悬 挂 时 的 受 力情 况 ，在 离 合 器 壳 前 端 连 接 孔 处 施 加 位 移 边 界 条 件 以模 拟 离合 器 壳 与 发 动 机 飞 轮 壳 连 接 处 的 约 束 。 变 速 箱 的 各 个 部 件 之 间 ， 笔 者 是 模 拟 了各 个 接 触 面 的 接 触 ，其 中包 括 上 盖 与 变速 箱 的接 触 面 ，后 盖 与 变 速 箱 壳 体 的 接 触 面 、离 合器 壳体 与 变速 箱 壳 体 的 接 触 面 ，副 箱 中 间 轴 盖 、 主
Ａ ｓ ａｔ ｎｏｄｒ ｏａａ ｚ ｅｓ ｅｇ ｆ ｈ ｌｔ ｏｓ ｇ ｈ ｈｌ ｔ ｎｍ ｓ ｏ ａｅｍ ｄｌ ａ ｂ ｉ ｐｂ Ｅ （ ｉｉ ｌ— ｂｔ ｃ：ｉ ｒｅ ｎｌ ｅｔ ｔ ｎ ｔ ｏ ｔｅｃ ｃ ｈｕｉ ，ｔｅｗ ｏｅ ｒ ｓ ｉ ｉｎｃｓ ｏｅ ｗ ｓ ｕｌ ｕ ｙＦ Ｍ Ｆｎ ｅＥｅ ｒ ｔ ｙ ｈ ｒ ｈ ｕｈ ｎ ａ ｓ ｔ ｔ
倍 的整 箱 重 量 。 文 中 用 ＰｏＥ建 立 相 关 零 件 的 三 维 实 体 模 型 ， ｒ— 其 中包 括 离合 器 壳 、变 速 箱 壳 体 、后 盖 、上 盖 、 副箱 中 间 轴 盖 等 ；并 在 Ａ Ｓ 中进 行 网格 划 分 、模 型 组 装 、边 界 条 件 和 载 荷 ＮＡ
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于有限元法的横向载荷条件下丝杠升降机静强度分析
陈钦鸿;孙东明;宿展;杜小猛
【摘要】升降式输送机在输送起停过程中会产生惯性作用力,其作为横向载荷作用在丝杠升降机上,使得丝杠升降机中滚珠丝杠应力极值大幅度地提升.通过建立滚珠丝杠有限元模型,对滚珠丝杠在横向载荷条件下进行应力分析,得到滚珠丝杠的应力分布情况,提出了2种导向机构,以减小滚珠丝杠应力极值.实践表明,通过导向支承轮增加滚珠丝杠伸出端的支承,大大改善了丝杠升降机的受力状况并降低了其应力极值,对于提高丝杠升降机的工作寿命及升降式输送机的工作可靠性具有参考意义.【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2014(000)008
【总页数】4页(P94-97)
【关键词】横向载荷;丝杠升降机;有限元法;应力
【作者】陈钦鸿;孙东明;宿展;杜小猛
【作者单位】昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650500;甘肃金川集团股份有限公司,甘肃金昌737100;甘肃金川集团股份有限公司,甘肃金昌737100
【正文语种】中文
【中图分类】TH132.1;TP391.9
阴极铜全自动打包生产线是由昆明理工大学机电装备集成科技有限公司自主研发的一款具有完全自主知识产权的产品，该产品已获得国家授权发明专利，其中升降式
输送机已获得实用新型专利，填补了国内冶金机械行业的空白，并且已经得到了推广应用，其物理样机如图1所示。
阴极铜全自动打包生产线主要用于铜板和镍板打包，通过采用机械自动化打包取代以往人工打包的繁琐生产流程(铜板配重、两端对齐、压机压紧、铜板称重、钢带打包、表面喷码、粘贴标签和铜板入库)，大大降低了工人的劳动强度，满足了企业的生产和工艺要求，极大地提高了企业的自动化装备水平及生产效率。
该生产线已经达到国内领先水平。
升降式输送机作为铜板打包机生产线的重要装备之一(见图2)，对完成连续性打包作业起着至关重要的作用。
需要在升降式输送机上完成4个工序，分别是铜板配重、两端对齐、压机压紧和铜板称重。
升降式输送机的主要任务就是将铜板送入上述4个工序工位，由丝杠升降机操作其升降运动。
6个丝杠升降机同时由电动机驱动，由液压马达驱动链轮带动链条向前输送铜板，包括丝杠向上运动顶起铜板，输送链向前输送铜板，丝杠向下运动放下铜板，同时进入4个工序的工位。
本文运用动力学分析[1]计算惯性反作用力，通过有限元方法计算其应力及变形位移，说明了横向载荷对其影响，提出2种减小惯性反作用力冲击的方案，并进一步对2种方案进行了对比分析。
为了更好地讨论升降式输送机在输送起停时[2]的惯性反作用力，笔者在ADAMS 软件中模拟了理想的工作情况(缓匀加速—高匀速—缓匀减速)，其链轮驱动速度及铜板加速度如图3和图4所示。
由ADAMS软件仿真模拟可得理想工作情况下的铜板加速度图。
根据力学平衡方程，铜板所受运动方向上的惯性作用力等于运动相反方向的惯性反作用力，由此可得：
式中，Fμ是惯性反作用力；mi是铜板质量，mi=2 500 kg;α铜是加速度；Fa是横向载荷。
由图3和图4可得加速度极值，并由式1计算得惯性作用力极值和惯性反作用力极值，见表1。
该惯性反作用力是作用在丝杠升降机上的横向载荷，滚珠丝杠在仅受轴向载荷时，可将其视为沿轴线方向排列而成的若干个推力向心球轴承[3-4]。
换句话说，滚珠丝杠不能承受过大的横向载荷，而在输送过程起动、制动中，力作用在滚珠丝杠径向上，因为滚珠与丝杠及螺母均为点接触，所以频繁正反转工况下，重轴向载荷和起停时横向载荷都会给滚珠带来极大的接触应力冲击。
笔者考虑实际工作情况下的横向载荷FL为3.33 kN，与此同时，升降式输送机上的铜板质量为17.5 t，加上链轮、输送链和机架等，估算轴向总载荷为300 kN，每个丝杠升降机在50 kN轴向载荷FA与3.33 kN横向载荷FL两者共同作用下，会对丝杠升降机中的滚珠、螺母滚道和丝杠滚道产生极大的应力。
考虑到丝杠升降机为立式安装，且一端固定于地面，一端为支承升降式输送机机架，初定某滚珠丝杠型号丝杠升降机，其参数见表2。
根据上述条件，考虑丝杠升降机在实际工况中为动载荷，综合考虑其动载荷系数，确定计算轴向载荷FAC为93.75 kN，计算横向载荷FLC为5.25 kN，实践中发现丝杠升降机的失效基本集中在滚珠丝杠上；因此，仅对滚珠丝杠进行建模，并分别进行约束加载，其应力云图分别如图5和图6所示。
不难发现，计算横向载荷FLC对滚珠丝杠应力的影响比计算轴向载荷FAC显著得多。
通过有限元应力分析[5]发现，计算轴向载荷FAC和计算横向载荷FLC作用下的应力极值为173.7 MPa，计算轴向载荷FAC作用下的应力极值为111.22 MPa。
虽然计算横向载荷FLC仅为计算轴向载荷FAC的5.6%，但是计算轴向载荷FAC和计算横向载FLC荷作用下的应力极值比只有计算轴向载荷FAC作用下的应力极值增加了56%；因此，笔者考虑在滚珠丝杠的伸出端安装导向支承机构，增加其在伸出端与机架的支承。
基于上述分析，分别设计了导向支承杆和导向支承轮2种方案，其有限元模型分
别如图7和图8所示，分别对其进行应力分析，由图9和图10可得，导向支承轮方案应力极值为108.97 MPa，导向支承杆方案应力极值为132.91 MPa，较之前的应力极值173.7 MPa，下降幅度明显，见表3。
通过分析其变形位移可知，导向支承杆在横向载荷的作用下变形0.118 1 mm，较导向支承轮方案变形0.071 2 mm要大，如图11和图12所示。
通过上述分析可知，在横向载荷力方向作用线上施加导向支承机构，对于减小横向载荷对滚珠丝杠应力的影响效果最为明显，而导向支承杆由于结构上的原因，使得杆两端的支承仅仅只能作用在横向载荷力方向作用线的平行线上。
实践中采用导向支承轮方案，其示意图如图13所示，实际模型如图14所示。
实践表明，通过导向支承轮方案，在升降式输送机沿着输送方向分别增加正向导向支承轮及反向导向支承轮，能够增加丝杠升降机伸出端与机架连接处的支承，减小惯性反作用力对其直接冲击，从而大大提高了丝杠升降机的工作寿命及升降式输送机的工作可靠性。
通过上述动力学模拟仿真求得作用在丝杠升降机的横向载荷，结合轴向载荷对所涉及的三维模型进行约束加载后，通过有限元分析轴向载荷和横向载荷作用下对丝杠升降机的影响，提出了相应的解决方案。
实践表明，该解决方案对解决升降式输送机起停时横向载荷冲击具有参考意义。
【相关文献】
[1] 贾长治，殷军辉，薛文星．MD ADAMS虚拟样机从入门到提高[M]．北京：机械工业出版社，2010.
[2] 郝双双，刘训涛，刘秀莲，等.基于 ADAMS 带式输送机启动阶段动态特性研究[J]．矿山机械，2012(6)：61-63.
[3] 程光仁，施祖康，张超鹏．滚珠螺旋传动设计基础[M]．北京：机械工业出版社，1987.
[4] 饶振纲，王勇卫.滚珠丝杠副及自锁装置[M]．北京：国防工业出版社，1989.
[5] 张洪国.滚珠丝杠传动副接触力学模拟与动态特性分析[D]．长春：吉林大学，2011.。