【《钢筋捆扎机的受力分析与仿真校核计算过程案例》2800字】

钢筋捆扎机的受力分析与仿真校核计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u18664钢筋捆扎机的受力分析与仿真校核计算过程案例 1164721.1手把的位置选择 1302571.2结构强度的校核 4176271.2.1第一次仿真 5312821.2.2第二次仿真 5246701.2.3第三次仿真 673491.3结构的数值分析 8222201.1.1第一种受力状态 8266521.1.2第二种受力状态 1037431.1.3第三种受力方式 111.1手把的位置选择手把的形状采用的圆角矩形，因为这个形状比较适合人双手握住时留出的空隙的形状，大小一般长度在50mm-100mm之间。还要考虑到手把要分担一点控制部分装置，因此还要留出足够的空间来放置电池等等。形状在基本确定了下来之后就不会有太大变化，现在的主要任务就是怎么确定手把的位置比较合理。我在网上查阅相关资料后总结：成年男人站立双手握持物体时双手的距离150-300mm比较合适。所以我初步暂定两个手把之间的距离为200mm。但是就算是距离为200mm，但是具体位置还是不能确定。所以还需要通过对绑扎机的整体受力进行分析。当还没有设计手把的时候，绑扎机的总质量约为1.945kg。当绑扎机处于最短的极限位置（L=0mm）的时候，它的质心坐标为（单位mm）：L=0x=175.770y=−30.047z=100.111而无论伸缩机构怎么变化y、z坐标不变，变化的只有x坐标因此，我对不同位置的质心坐标进行了统计，如图：表3-1伸长距离与质心坐标变化伸长距离x坐标y坐标z坐标0.00175.770-30.047100.11110.04184.711-30.047100.11118.43191.103-30.047100.11128.68201.353-30.047100.11131.37208.047-30.047100.11144.34219.011-30.047100.11152.40227.073-30.047100.11165.85240.325-30.047100.11171.34246.010-30.047100.11184.19258.863-30.047100.11191.25267.926-30.047100.111109.80284.476-30.047100.111116.68291.354-30.047100.111125.44300.111-30.047100.111130.21304.879-30.047100.111144.78319.458-30.047100.111155.70330.371-30.047100.111159.00331.674-30.047100.111变化方式基本为线性变化不变不变总结之后又如下规律，x坐标（单位mm）是基本线性变化的，将其最小二分法处理得到，其中伸长距离L的变化范围是0-159mm：x=L+174.6（3-1）而换算成相对于机身最后面也就是底面的绝对坐标，有x∗=x+121.429=L+296.029然后将机身简化为一根杆，于是受力图大致如下图所示，其中s（单位mm）是第一个把手距离机身底面的距离，由于机身设计的关系其大小范围是0-96mm：图SEQ图\*ARABIC4.1.1受力示意图其中，计算的基本公式有：G=M∗g=3.945∗9.8=38.661≈38.66N（3-3）F1=xF2=F1+G（3-5）所以受力最大的是第二个把手也就是F2处。所以需要对F2进行受力分析。不难发现，s越大，F2也就越小，所以s最大可以取96mm，所以这样就可以确定了两个手把的基本距离，可以看到，当处于最短极限位置时，F2的受力为0，基本处于单手手持状态，比较符合单手手持的绑扎机的设计效果。而在加上了手把之后，其总质量变为了4.193kg，总体积为2938868.708立方毫米mm3，总表面积为653308.891mm2。重心:(毫米) X=44.539 Y=-40.500 Z=122.355惯性主轴和惯性主力矩:(千克*平方毫米)由重心决定。 Ix=(1.000,0.016,-0.026) Px=5291.680 Iy=(-0.030,0.318,-0.948) Py=230677.509 Iz=(-0.007,0.948,0.318) Pz=231990.664惯性张量:(千克*平方毫米)由重心决定，并且对齐输出的坐标系。 Lxx=5501.350 Lxy=3709.712 Lxz=-5785.073 Lyx=3709.712 Lyy=231796.969 Lyz=-491.041 Lzx=-5785.073 Lzy=-491.041 Lzz=230661.534惯性张量:(千克*平方毫米)由输出座标系决定。 Ixx=75152.570 Ixy=-3851.888 Ixz=17065.431 Iyx=-3851.888 Iyy=302888.432 Iyz=-21269.309 Izx=17065.431 Izy=-21269.309 Izz=245857.1411.2结构强度的校核完成了全部的结构设计之后，整体结构看上去就像是一个简支梁一样，而众所周知简支梁是一个比较常见的使用的结构，因为在其末端可能发生的应变和位移比较大，因此必须对其作出仿真和校核。在这之前，我先简单的对模型进行了简化。我这里选用的是尼龙66材料，因为这个材料强度强度比较好，而且制造简单、成本低，如果能够有更好的替代品的话当然后续还会考虑使用强度更高的材料。目前考虑的是强度问题，所以用的是用使用量最多的材料进行仿真，所以实际情况强度肯定比仿真时的强度更高。这也是方便能够简历模型以及材料选择。尼龙66的抗拉强度[σt]=75MPa,压缩强度[σc]=101.88MPa，剪切强度[τ]=26MPa。弹性模量E=8300MPa，泊松比为µ=0.28，密度ρ=1400kg/m3。如图，这是第一次设计后对绑扎枪绑扎主轴的受力校核图：1.2.1第一次仿真图1.2.1第一次对绑扎主轴校核1图1.2.2第一次对绑扎主轴校核2不难看到，没有改进之前的结构位移大，变形量大。这样的结构肯定是不符合我的需求的。所以必须要做出优化和改进。1.2.2第二次仿真不难发现，当对最末端的绑扎主轴施加作用力时，会发生较大的形变和位移，因此需要对结构作出调整，因此，我第二次进行了结构设计，这次的优化设计主要是加粗绑扎机末端，将圆杆形状的绑扎器末端改成了柱形：图1.2.3第二次对绑扎主轴进行校核1图1.2.4第二次对绑扎主轴进行校核2这次我对额外对绑扎主轴进行了加一个支撑的方式，效果好了很多，变形量明显没有之前的大了，但是这样一来质量就会明显变大，而且不利于伸缩机构进行设计和使用。因此我考虑对伸缩杆滑轨进行重新设计，不让在和只作用在轴上面，而是让滑轨也可以进行一点分担，同时也对末端结构加粗，而且在材料的选择方面也选择质量较轻且强度较高的材料。。所以修改之后的滑轨和伸缩杆结构如图：图1.2.5优化之后的滑轨和伸缩杆1.2.3第三次仿真所以在修改之后再一次进行了模拟仿真，结果如图：图1.2.6应力分析图图1.2.7位移分析图图1.2.8应变分析图一开始我看见结果还是比较吃惊的，因为我觉得优化已经很好了，但是从图上看上去变形量还是很大。然后我用不同的数据进行试验，发现它的变形量在图中的表现一直比较夸张，可能是程序设定的要突出表现变形量的缘故，但是实际上从数据层面来讲变形量不是很大。如上图，这是我给末端施加了一个100N的力仿真出的效果，相当于将一个重量约为10kg的物体悬吊在枪头末端，但是变形量最多也就1.437mm，是我可以接受的范围以内的。当然考虑到伸缩杆与滑轨的分离处也就是悬臂伸出的出发处、绑扎枪枪头与伸缩杆杆身接触处受到的应力比较大，应力集中问题比较明显，因为这里是垂直的平面相互作用，而且还是悬臂伸出的地方，所以还需要将这些地方圆角化，而且也应该选择强度更高的材料，从而缓解应力集中的问题。由最终的仿真结果可知，当在末端收到100N大小的作用力时，机身最大的位移在1.437mm左右，受到的最大应力在16.66MPa左右，因此，如果不是受到巨大的冲击和振动，绑扎机能够很好的在工地这样的施工条件下平稳运行。1.3结构的数值分析上述我们利用SOLIDWORKS、ANSYS等软件对绑扎机进行了强度校核，现在我将利用材料力学的方法再对该机器的结构强度进行一次校核。1.1.1第一种受力状态如图，我打算将该机器看成是一个简支梁：图1.1.1机器受力状态根据相关公式，有：F1=xF2=F1+F+G（3-5）求出各支点所受的力之后，就可以运用相关公式作出剪力图、弯矩图，而我们需要校核的是最长极限位置，此时有s=96mm，x*=455.029mm，L=159mm，取外载荷F=100N。图1.1.2绑扎机应力图和弯矩图为了保证绑扎机强度，我选取了比较薄弱的伸缩杆的尺寸进行强度校核。其中D=30mm，d=16mm，取材料性能比较好的尼龙66，它的抗拉强度[σt]=75MPa,压缩强度[σc]=101.88MPa，剪切强度[τ]=26MPa。图1.1.3最大正应力为25.15MPa经过计算，最大正应力为25.146481162MPa，所以该结构安全。1.1.2第二种受力状态图1.1.SEQ图\*ARABIC5第二种受力方式图1.1.SEQ图\*ARABIC6第二种受力内力图图1.1.SEQ图\*ARABIC7