基于ANSYS的膠輥纏繞機(jī)支撐部件靜力學(xué)分析

摘 要：目前，我國正處于全面建成小康社會(huì)的關(guān)鍵時(shí)期，經(jīng)濟(jì)依然高速發(fā)展，基礎(chǔ)工業(yè)是我國實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的關(guān)鍵，也是生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的主要產(chǎn)品的工具。大力發(fā)展基礎(chǔ)工業(yè)，是我國和平穩(wěn)定發(fā)展的動(dòng)力與保障。

關(guān)鍵詞：膠輥纏繞機(jī)；ANSYS；靜力學(xué)分析

1 國外膠輥纏繞機(jī)研究現(xiàn)狀

國外橡膠企業(yè)生產(chǎn)膠輥的傳統(tǒng)方法是將橡膠壓延片貼于一個(gè)旋轉(zhuǎn)的芯軸上來制造。在新的制造方法中，橡膠片被壓出并貼到沿軸向運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)芯軸上。

國外膠片貼合系統(tǒng)可以從兩個(gè)方向貼合膠片，而且可以一道或多道同時(shí)操作。在橡膠片貼合的過程中貼膠機(jī)械可以調(diào)節(jié)對(duì)橡膠片的壓力，以適應(yīng)貼膠的壁厚和芯軸直徑的變化[1]。

全球最大的膠輥生產(chǎn)商是德國的Bottcher 集團(tuán)，Bottcher集團(tuán)目前在全世界有7 萬多用戶。Bottcher 集團(tuán)生產(chǎn)的膠輥包括很多種類，比如用于新聞紙印刷、平板印刷、數(shù)碼印刷和許多其它特殊用途的印刷膠輥。其產(chǎn)品主要優(yōu)點(diǎn)是：優(yōu)良的抗化學(xué)腐蝕、抗熱壓性能。除此之外，他們還生產(chǎn)其他種類的膠輥，比如：免釉化輥、潤版輥等。

國外膠輥生產(chǎn)廠家的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：（1）生產(chǎn)水平高，國外企業(yè)大都是生產(chǎn)規(guī)模非常大的公司集團(tuán)；（2）產(chǎn)品品種齊全、外觀優(yōu)良；（3）生產(chǎn)膠輥的工藝先進(jìn)，具有很高的檢測(cè)精度，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高；（4）產(chǎn)品性能良好，同類膠輥比一般國內(nèi)產(chǎn)品使用壽命更長(zhǎng)；（5）國外膠輥生產(chǎn)企業(yè)具有一支強(qiáng)大的新品研制隊(duì)伍，對(duì)市場(chǎng)變化響應(yīng)時(shí)間短，技術(shù)水平先進(jìn)[2]。

2 國內(nèi)膠輥纏繞機(jī)研究現(xiàn)狀

改革開放三十多年來，我國膠輥生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)春天，起初，一些企業(yè)從國外引進(jìn)大量新技術(shù)、新設(shè)備對(duì)企業(yè)進(jìn)行積極改造，短時(shí)間內(nèi)膠輥生產(chǎn)技術(shù)有了很大的提高，使得國內(nèi)膠輥生產(chǎn)技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)的技術(shù)：貼膠片、包水布、硫化處理。從而引進(jìn)了膠輥纏繞成型設(shè)備，這就是我們目前最常見的膠輥纏繞機(jī)。其中比較著名的當(dāng)屬上海第六橡膠廠利用美國AMF公司生產(chǎn)的擠出纏繞機(jī)與天津第二機(jī)床廠生產(chǎn)的FMJ200型覆面機(jī)結(jié)合起來，膠輥纏繞機(jī)由冷喂料擠出機(jī)與可移式底座和控制系統(tǒng)組成XJW-100型冷喂料擠出機(jī)出膠口安裝上片形端頭，就可以擠出片狀橡膠條，輥芯沿軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而纏繞在圓柱狀輥芯上。這套設(shè)備與傳統(tǒng)技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：（1）提高了膠輥的貼膠質(zhì)量；（2）對(duì)膠輥的直徑與長(zhǎng)度適應(yīng)性強(qiáng)；（3）操作方便；（4）提高了生產(chǎn)效率；（5）減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

但是隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，這套設(shè)備越來越不能滿足市場(chǎng)及社會(huì)發(fā)展的需要。目前主要存在的技術(shù)問題有：（1）不能對(duì)端面進(jìn)行一次貼膠完成；（2）貼膠過程自動(dòng)化程度不高；（3）無質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)；（4）貼膠厚度誤差較大。

3 進(jìn)給工作臺(tái)支架強(qiáng)度分析

工作臺(tái)支架材料是45號(hào)鋼，泊松比為 0.3，彈性模量為200～210Gpa，屈服極限為360Mpa，本次仿真采用UG三維軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模，將在UG中建好的模型改為parasolid格式，然后將其導(dǎo)入到ANSYS 中。工作臺(tái)支架為實(shí)體結(jié)構(gòu)單元，選用8節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)實(shí)體單元SOLID185用來定義單元類型。

劃分單元網(wǎng)格時(shí)應(yīng)該選擇一種適合的單元體將實(shí)體模型劃分成有限個(gè)單元，在有限元分析中關(guān)鍵是網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格的劃分?jǐn)?shù)量也影響了分析精度的問題。理論上來說，網(wǎng)格劃分越細(xì)化，分析精度就越高，但在實(shí)際中應(yīng)該綜合考慮許多因素，并非越細(xì)越好，當(dāng)劃分的網(wǎng)格數(shù)能夠達(dá)到分析問題的要求即可，否則，網(wǎng)格劃分過細(xì)，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量增加，處理時(shí)間過長(zhǎng)嚴(yán)重時(shí)會(huì)使計(jì)算機(jī)死機(jī)，造成資源的浪費(fèi)[3]。

進(jìn)給工作臺(tái)支架結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，本次有限元分析選擇智能網(wǎng)格劃分，選擇劃分精度為3，共劃分出13982個(gè)節(jié)點(diǎn)和69252個(gè)單元，網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖1所示。

實(shí)際工作載荷來自于上部與工作臺(tái)平面接觸位置工作臺(tái)的壓力，載荷大小為25000N，側(cè)壓在支架的上部平面上。工作臺(tái)支架約束是滑塊支撐在支架位置的平面，用螺栓連接。

對(duì)工作臺(tái)支架施加載荷后，求解可得到支架受力變形圖與應(yīng)力等高線圖，受力變形情況如圖2所示，應(yīng)力等高線圖如圖3所示。通過受力變形圖可知，支架最大變形處位于受壓一側(cè)距離對(duì)稱面最遠(yuǎn)的位置，單變形量極小，未超出允許范圍。通過應(yīng)力等高線圖可知，受壓一側(cè)的長(zhǎng)桿與受壓面接觸處應(yīng)力集中現(xiàn)象顯著，應(yīng)該在其附近倒圓角以減小其應(yīng)力集中。本零件整體變形不大，最大應(yīng)力未超過安全值?？梢愿鶕?jù)變形圖與應(yīng)力等高線圖進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語

國內(nèi)膠輥纏繞機(jī)的設(shè)計(jì)制造以及工作能力與國外先進(jìn)技術(shù)還存在相當(dāng)大的差距，以上分析過程驗(yàn)證了膠輥纏繞機(jī)支撐部件應(yīng)力應(yīng)變均在安全范圍之內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

[1]John G.Sommer.Engineered Rubber Products Introduction to Design，Manufacture and Testing.Munich.Carl Hanser Verlag，2009：156-157.

[2]陳登隆.國內(nèi)外膠輥行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國橡膠，2009，6：18-19.

[3]關(guān)振群，宋超，顧元憲，等.有限元網(wǎng)格生成方法研究的新進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2003，1：1.