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在设计的同时进行仿真
——Autodesk Inventor Professional在DANIELI冶金设备(北京)有限公司的应用
发表时间:2007-4-12 王峥  来源:e-works
飞剪机的主要任务是将运行着的轧件按照二艺要求定尺剪断。随着轧机轧制速度和生产能力的不断提高,提高飞剪的速度和性能已成为人们致力研究的问题之一。飞剪机种类很多,根据其不同的剪切断面和速度快慢,被应用于不同的场合。
   

    连接条件定义完成后,定义一个垂直向下的重力9.8N,根据电机的输出功率可求得起停式曲柄飞剪机的转速为280deg/s,根据轧件厚度和转速,可求得剪切过程为O.35s。然后在剪刃处添加一个剪切力(两个剪刃均要添加)。在AIP11的运动仿真模块中,设计人员可以根据实际需要给零件编辑添加力学曲线,在这里我们近似使用剪切过程中的最大冲击力计算。经计算后可得出,曲柄在运动0.15s后出现剪切力,O.5s后剪切力消失,方向与受力方向一直保持垂直,所以这里应选择“固定载荷方向”,如图14所示。为捕捉剪刃运动形成的封闭曲线,还需要在剪刃处添加一个运动轨迹,如图15所示。

    图14 添加力学曲线

    图15 加载运动轨迹

    至此,所有的力学条件全部加载完毕,设计人员可以点击左下方的模拟模版,进入运动模拟过程,如图16所示,飞剪的运动轨迹清楚地展现出来,并把其每一点的参数输出到电子表格以备日后使用,如图17所示。但这还不够,我们还需要具体分析每个位置的力学变化。首先点击工具面板的“输出图示器”,选择需要查看的铰接点受力变化曲线并搜索通过模拟生成的这条曲线的最大值,如图18所示,然后将得到的数据转入有限元模块进行分析(这里需要定义一些相关的连接点)。

    图16 剪刃运动生成的封闭轨迹曲线

    图17 封闭曲线输出到电子表格

    图18 搜索曲线中最大受力点

    将图表中搜索出的最大应力加载到曲柄定义曲柄的连接点,然后双击曲柄进入零件应力分析环境,点击“运动载荷”,软件就会自动加载运动仿真中零件的受力状况并进行受力分析了。由于所设计的曲柄属于不对称结构,通过有限元云图我们可以清楚看到受力偏载的情况,同时发现曲柄与曲轴连接处设计不合理处,需要进行设计修改加厚连接处,并出具相关问题修改报告,如图19所示。

    图19 曲柄等效应力云图

    许多读者在使用一个分析软件的时候,最为关心的是软件的分析精度和准确性。其实一个机构性能分析结果的准确与否,主要看分析人员的力学理论基础及实际经验多少,往往在使用同样的软件分析相同的模型时,两个分析员会得出不同的结果。但笔者在这里可以给读者一颗定心丸,我们来做一个量化的对比:把模型导入目前比较主流分析软件ANSYS Workbench 10.0中,利用作用力与反作用力的原理添加相应的约束和力学条件,如图2O所示,在进行分析后,笔者发现两款软件的分析出的受力趋势和结果相差无几,AIP11的应力值显得相对保守些。以此来看,AIP11虽然是一款设计软件,但是其力学分析能力还是值得信赖的。

    设计人员通常会采取微调受力物体的几何结构,如倒圆角、打孔、加厚关键部位和放置加强筋等方法,甚至是分割应力曲线分布方式的方法来降低应力。关于此模型的修改设计变更,笔者在这里不再赘述。

    图20 ANSYS Workbench分析结果

    通过对起停式曲柄飞剪机中的实际设计问题的简单描述,笔者希望广大读者能够了解如何使用AIP11的运动仿真模块,并了解整个操作的流程,以解决实际设计中困扰我们的问题。AIP11作为一款三维机械设计软件,很好地提供了从产品研发到校核的一套合理解决方案,并出具了与设计相关的分析报告,是对传统设计模式的一次更新,一次变革,一次推动及飞跃,在提高产品质量的前提下,优化了设计流程。

    AIP11做为一款设计软件,模型的修改过程异常简单,随着设计人员的修改马E就可以直接分析并得出所需要的结果。同时伴随设计调整, 零件到装配,甚至指导生产的工程图都会关联更新,这是任何一款CAE软件所无法比拟的。当然作为运动仿真的一个版本,里面还有一些使用起来不甚方便的地方,但相信经过未来的几个版本更新后,该模块会做得更完善,操作也会更加容易。

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责任编辑:辜雯倩