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自动上坯机结构设计及有限元分析

发布于:2023-10-30 18:32
有限元分析

      瓷器泥坯成型是瓷器加工的一个重要工序,我国盘类瓷器泥坯成型多为独立工序,上坯和取坯主要以手工为主,这种加工方法不仅效率低、劳动强度大,而且很难融入后续的自动化生产线中。针对这一问题,研发一成组瓷器自动上坯机组,替代手工操作,改善工人工作环境,提高生产效率,实现生产的自动化。随着计算机与软件技术的日益普及和应用,有限元分析等现代结构分析方法已受到工程设计人员的广泛认同和采用,并取得了显著的技术经济效益。因此,本文利用ANSYS有限元分析软件对机组中的关键部件进行优化分析,并在此基础上完成了成组瓷器自动上坯机组的开发。
      成组瓷器自动上坯机组针对盘类瓷器泥坯成型上坯和取坯而设计,所以主要参数根据企业给定的瓷器模具最大直径与最大高度,模具和泥胎的重质量,以及仿型机的尺寸(仿型机工作台高度)设计,如表1所示。
      本机组按照操作要求需完成成组模具的搬运、仿形机的上下料和模具的暂时停留。因此自动上坯机组分为三个主要执行部分,即机械运输部分、上下料部分、传送部分。
      成组瓷器自动上坯机组基本结构如图1所示,六联机械手同步将成组的六个放有泥胎的模具由传输带抓起放到分段传输带上;两联机械手两直臂成120°,其中一个臂上的夹紧装置将在仿型机上加工好的瓷器泥坯抓起,放到另外的分段传送带上,另一个臂上的加紧装置抓起分段传送带上的泥胎,放到仿型机上;传输带分为多段,每段都有红外线对射装置,当第一个泥胎被取走时,后面的泥胎向前传动一段,当成型加工好的瓷器毛坯被放到第一段传送带上时,将向后传递,直至多段传送带被放满相应段数的瓷器毛坯,再由同步搬运机械手将成组的多个瓷器毛坯同时抓起放到输送带上,送往干燥线,进行干燥。
      六联机械手往复移动由伺服电机1FL4044驱动丝杠实现,机械手的抓取动作通过QGAⅡ型气缸完成。两联机械手通过齿轮齿条的相对运动实现旋转运动,由LCZ型双作用气缸实现高度调节。传输带采用分段式控制来实现模具的运输,利用光电门控制减速电机的起停,从而实现模具输送中位置的精确放置。
      承重梁跨度大,是主要承受六联机械手、滚轮和轨道等零件,在建立三维模型时,为了便于后续有限元分析,做出如下假设:(1)承重梁为理想焊接,焊接处强度近似于材料内部强度,在建立有限元模型时可不考虑焊接质量影响;(2)在不影响分析结果的前提下,忽略梁上小倒角、螺纹孔等结构。2.2承重梁静力分析2.2.1材料属性定义承重梁材料采用为45钢,其属性如表2所示。
      承重梁采用高阶10节点实体结构单元solid187,用智能划分网格,网格精度为5级,网格划分。2.2.3施加约束与添加载荷对承重梁两端施加约束(图2),梁受力2400N。
      从图3可得,承重梁所受最大应力为31.6MPa,最大应力出现在承重梁两端,采用材料为45钢,其屈服极限为355MPa,承重梁受到的应力均远小于材料的屈服极限。成组瓷器自动上坯机安全系数取2,则2×31.6MPa=63.2MPa<355MPa。如图4所示,变形主要产生在承重梁中间位置,正常工作时产生的最大变形为3.761mm,其它地方应力与变形较小。


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