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宽带砂光机与连接架结构的原理

添加时间:2019-10-30 10:52:13    查看:

   连接架是横向宽带砂光机的安装基础,主要用于支撑和连接第一组锥形砂光盘、Y 向宽带式砂光机及Y 向控制电机, Y 向控制电机通过齿轮齿条驱动连接架带动宽带砂光机进行往复砂光运动,连接架刚度、强度是否合理对砂光组件的位置精度及砂光质量精度等方面起到至关重要的作用。

1  横向砂光组件连接架的受力分析

   连接架是横向宽带砂光机的主要连接载体,除受到其他零件及自身的重力负载外,还要承受砂光组件工作过程中由于加减速产生的惯性负载作用,同时还受到砂光过程所产生的砂削力、摩擦力,所以连接架在砂光机进行砂光时受到载荷主要包括砂光组件、机架自身重力、砂削力、摩擦力以及砂光过程中的整体惯性负载(图 5 )。

 横向砂光组件连接架的受力分析

图 5 中,机架重力 G 1 , Y 向宽带式砂光机重力 G 2 ,锥形砂光辊重力 G 3 , 3 组重力方向都向下;在砂光启动及停止过程中会产生惯性负载,具体位置及方向见图6 ,其中力 F 1 位置为控制电机安装位置,即整体惯性负载、砂削力及摩擦力的承受位置, F 2 为Y 向宽带式砂光机产生惯性负载,同样 F 3 为第 1 锥形砂光辊产生的惯性负载。

 

2  横向砂光组件连接架的静力学求解及分析

对横向砂光组件连接架有限元模型添加边界约束条件及载荷后进行求解计算 ,得到他的应力云图、应变云图及最大变形云图,并据此进行连接架的静力学分析,对其进行研究及结构优化设计,应力云图、应变云图及变形云图见图6 。

通过对图6进行研究分析可知,在横向砂光组件砂光过程中,连接架具有的强度等力学性能完全能够满足工作需求,并保证较高的加工精度。

3  横向砂光组件连接架的优化

根据所得结果分析可知,连接架强度、刚度性等力学性能能完全满足横向砂光组件的需求,说明设计是可行的。通过分析研究加载后的相关云图得出结论,设计的连接架有再次改进的必要。优化后,最终选用型号为63mm×40mm×4.8mm 的槽钢。其应力、应变及变形云图见图7 。

将横向砂光组件连接架优化前后静力学的结果进行分析,对比结果见表 1 。得出结论,优化后的横向砂光组件连接架在力学性能等方面符合性能要求,但质量减轻 21.7% 。

 横向砂光组件连接架的优化

4  横向砂光组件连接架模态分析

模态分析是结构动力学分析的基础 ,能够真实的反映出结构的动态特性。分析结果见图8 。根据图8模态分析结果可对横向砂光组件连接架前4阶的固有频率和振型进行研究分析,第1阶模态振型表示为连接架锥形砂光盘安装一侧绕 X 轴前后摆动,越靠近端部振幅越大,该振型将影响实木门凹陷边角的砂光,会造成过砂、漏砂问题;第2 阶模态振型表现为锥形砂光盘安装一侧绕 Z 轴往复扭转摆动,越靠近端部振幅越大,该振型同样将会影响锥形砂光盘对实木门凹陷边角的砂光;第 3 阶模态振型表现为锥形砂光盘安装侧中部绕 X 轴弯扭摆动,越靠近中部幅度越大,三阶振型同样会影响实木门的砂光品质;第4节模态振型表现为锥形砂光盘安装侧沿 Z 轴弯扭复合摆动,该振型会导致锥形砂光盘安装侧扭矩增大,有可能会导致连接架在交变力的作用下发生断裂;连接架前 4 阶固有频率及振型统计结果见表2 。

 连接架前 4 阶固有频率及振型统计结果

从图8可以看出,随着横向砂光组件连接架固有频率的增加,其阵型由摆动向复合弯扭摆动变化,处于悬臂位置的锥形砂光盘安装侧振动变形较大,而未处于悬臂位置的宽带式砂光机安装侧则变形较小,这样的变化属于正常情况。

从表2可以看出,横向砂光组件连接架的前4阶模态的固有频率为185.63~619.41Hz ,利用频率、转速计算公式 n =60 f 对其进行干扰频率验证,已知横向砂光组件工作过程中会出现的转速有:宽带式砂光机转速为1 430r • min-1 ,对应的干扰频率为 23.83Hz ;锥形砂光盘的转速为 1 400r • min-1 ,对应的干扰频率为23.33Hz ;通过比较可以发现连接架的四阶频率和干扰频率相差甚远,在工作过程中不会发生共振现象,能保证砂光性能的稳定性。

宽带砂光机与连接架结构的原理

这里通过对横向砂光组件砂光过程分析,计算出砂光过程中砂削力,并建立了砂光过程中受到负载的数学模型,为选用合理的驱动电机提供理论基础,设计了更为合理的横向砂光组件,结构更加紧凑,工作性能更加稳定可靠。利用 ANSYS 有限元分析软件对数控实木门宽带砂光机横向砂光组件连接架进行静力学分析、模态分析,得到以下结论:

通过对实木门宽带砂光机横向砂光组件连接架进行静力学分析,证明其结构的可靠性,其力学性能可以满足使用要求,并为砂光机纵向主件结构设计提供参考。

通过对实木门宽带砂光机横向砂光组件连接架的模态分析,获得连接架的四阶振型及固有频率,并对各振型影响进行了分析说明,通过固有频率与干扰频率进行对比,证明实木门砂光过程中连接架不会发生共振现象,保证砂光性能的稳定性。

本研究为砂光机的创新设计以及关键零部件的静力学和模态分析提供了一定的参考价值和依据。


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