鋼筋捆扎機(jī)的受力分析與仿真校核計(jì)算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u18664鋼筋捆扎機(jī)的受力分析與仿真校核計(jì)算過程案例 1164721.1手把的位置選擇 1302571.2結(jié)構(gòu)強(qiáng)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結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析 8222201.1.1第一種受力狀態(tài) 8266521.1.2第二種受力狀態(tài) 1037431.1.3第三種受力方式 111.1手把的位置選擇手把的形狀采用的圓角矩形，因?yàn)檫@個(gè)形狀比較適合人雙手握住時(shí)留出的空隙的形狀，大小一般長度在50mm-100mm之間。還要考慮到手把要分擔(dān)一點(diǎn)控制部分裝置，因此還要留出足夠的空間來放置電池等等。形狀在基本確定了下來之后就不會有太大變化，現(xiàn)在的主要任務(wù)就是怎么確定手把的位置比較合理。我在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料后總結(jié)：成年男人站立雙手握持物體時(shí)雙手的距離150-300mm比較合適。所以我初步暫定兩個(gè)手把之間的距離為200mm。但是就算是距離為200mm，但是具體位置還是不能確定。所以還需要通過對綁扎機(jī)的整體受力進(jìn)行分析。當(dāng)還沒有設(shè)計(jì)手把的時(shí)候，綁扎機(jī)的總質(zhì)量約為1.945kg。當(dāng)綁扎機(jī)處于最短的極限位置（L=0mm）的時(shí)候，它的質(zhì)心坐標(biāo)為（單位mm）：L=0x=175.770y=?30.047z=100.111而無論伸縮機(jī)構(gòu)怎么變化y、z坐標(biāo)不變，變化的只有x坐標(biāo)因此，我對不同位置的質(zhì)心坐標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如圖：表3-1伸長距離與質(zhì)心坐標(biāo)變化伸長距離x坐標(biāo)y坐標(biāo)z坐標(biāo)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變化方式基本為線性變化不變不變總結(jié)之后又如下規(guī)律，x坐標(biāo)（單位mm）是基本線性變化的，將其最小二分法處理得到，其中伸長距離L的變化范圍是0-159mm：x=L+174.6（3-1）而換算成相對于機(jī)身最后面也就是底面的絕對坐標(biāo)，有x?=x+121.429=L+296.029然后將機(jī)身簡化為一根桿，于是受力圖大致如下圖所示，其中s（單位mm）是第一個(gè)把手距離機(jī)身底面的距離，由于機(jī)身設(shè)計(jì)的關(guān)系其大小范圍是0-96mm：圖SEQ圖\*ARABIC4.1.1受力示意圖其中，計(jì)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個(gè)把手也就是F2處。所以需要對F2進(jìn)行受力分析。不難發(fā)現(xiàn)，s越大，F(xiàn)2也就越小，所以s最大可以取96mm，所以這樣就可以確定了兩個(gè)手把的基本距離，可以看到，當(dāng)處于最短極限位置時(shí)，F(xiàn)2的受力為0，基本處于單手手持狀態(tài)，比較符合單手手持的綁扎機(jī)的設(shè)計(jì)效果。而在加上了手把之后，其總質(zhì)量變?yōu)榱?.193kg，總體積為2938868.708立方毫米mm3，總表面積為653308.891mm2。重心:(毫米) X=44.539 Y=-40.500 Z=122.355慣性主軸和慣性主力矩:(千克*平方毫米)由重心決定。 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慣性張量:(千克*平方毫米)由重心決定，并且對齊輸出的坐標(biāo)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慣性張量:(千克*平方毫米)由輸出座標(biāo)系決定。 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結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的校核完成了全部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，整體結(jié)構(gòu)看上去就像是一個(gè)簡支梁一樣，而眾所周知簡支梁是一個(gè)比較常見的使用的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵谄淠┒丝赡馨l(fā)生的應(yīng)變和位移比較大，因此必須對其作出仿真和校核。在這之前，我先簡單的對模型進(jìn)行了簡化。我這里選用的是尼龍66材料，因?yàn)檫@個(gè)材料強(qiáng)度強(qiáng)度比較好，而且制造簡單、成本低，如果能夠有更好的替代品的話當(dāng)然后續(xù)還會考慮使用強(qiáng)度更高的材料。目前考慮的是強(qiáng)度問題，所以用的是用使用量最多的材料進(jìn)行仿真，所以實(shí)際情況強(qiáng)度肯定比仿真時(shí)的強(qiáng)度更高。這也是方便能夠簡歷模型以及材料選擇。尼龍66的抗拉強(qiáng)度[σt]=75MPa,壓縮強(qiáng)度[σc]=101.88MPa，剪切強(qiáng)度[τ]=26MPa。彈性模量E=8300MPa，泊松比為μ=0.28，密度ρ=1400kg/m3。如圖，這是第一次設(shè)計(jì)后對綁扎槍綁扎主軸的受力校核圖：1.2.1第一次仿真圖1.2.1第一次對綁扎主軸校核1圖1.2.2第一次對綁扎主軸校核2不難看到，沒有改進(jìn)之前的結(jié)構(gòu)位移大，變形量大。這樣的結(jié)構(gòu)肯定是不符合我的需求的。所以必須要做出優(yōu)化和改進(jìn)。1.2.2第二次仿真不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對最末端的綁扎主軸施加作用力時(shí)，會發(fā)生較大的形變和位移，因此需要對結(jié)構(gòu)作出調(diào)整，因此，我第二次進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這次的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是加粗綁扎機(jī)末端，將圓桿形狀的綁扎器末端改成了柱形：圖1.2.3第二次對綁扎主軸進(jìn)行校核1圖1.2.4第二次對綁扎主軸進(jìn)行校核2這次我對額外對綁扎主軸進(jìn)行了加一個(gè)支撐的方式，效果好了很多，變形量明顯沒有之前的大了，但是這樣一來質(zhì)量就會明顯變大，而且不利于伸縮機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和使用。因此我考慮對伸縮桿滑軌進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，不讓在和只作用在軸上面，而是讓滑軌也可以進(jìn)行一點(diǎn)分擔(dān)，同時(shí)也對末端結(jié)構(gòu)加粗，而且在材料的選擇方面也選擇質(zhì)量較輕且強(qiáng)度較高的材料。。所以修改之后的滑軌和伸縮桿結(jié)構(gòu)如圖：圖1.2.5優(yōu)化之后的滑軌和伸縮桿1.2.3第三次仿真所以在修改之后再一次進(jìn)行了模擬仿真，結(jié)果如圖：圖1.2.6應(yīng)力分析圖圖1.2.7位移分析圖圖1.2.8應(yīng)變分析圖一開始我看見結(jié)果還是比較吃驚的，因?yàn)槲矣X得優(yōu)化已經(jīng)很好了，但是從圖上看上去變形量還是很大。然后我用不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它的變形量在圖中的表現(xiàn)一直比較夸張，可能是程序設(shè)定的要突出表現(xiàn)變形量的緣故，但是實(shí)際上從數(shù)據(jù)層面來講變形量不是很大。如上圖，這是我給末端施加了一個(gè)100N的力仿真出的效果，相當(dāng)于將一個(gè)重量約為10kg的物體懸吊在槍頭末端，但是變形量最多也就1.437mm，是我可以接受的范圍以內(nèi)的。當(dāng)然考慮到伸縮桿與滑軌的分離處也就是懸臂伸出的出發(fā)處、綁扎槍槍頭與伸縮桿桿身接觸處受到的應(yīng)力比較大，應(yīng)力集中問題比較明顯，因?yàn)檫@里是垂直的平面相互作用，而且還是懸臂伸出的地方，所以還需要將這些地方圓角化，而且也應(yīng)該選擇強(qiáng)度更高的材料，從而緩解應(yīng)力集中的問題。由最終的仿真結(jié)果可知，當(dāng)在末端收到100N大小的作用力時(shí)，機(jī)身最大的位移在1.437mm左右，受到的最大應(yīng)力在16.66MPa左右，因此，如果不是受到巨大的沖擊和振動，綁扎機(jī)能夠很好的在工地這樣的施工條件下平穩(wěn)運(yùn)行。1.3結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析上述我們利用SOLIDWORKS、ANSYS等軟件對綁扎機(jī)進(jìn)行了強(qiáng)度校核，現(xiàn)在我將利用材料力學(xué)的方法再對該機(jī)器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行一次校核。1.1.1第一種受力狀態(tài)如圖，我打算將該機(jī)器看成是一個(gè)簡支梁：圖1.1.1機(jī)器受力狀態(tài)根據(jù)相關(guān)公式，有：F1=xF2=F1+F+G（3-5）求出各支點(diǎn)所受的力之后，就可以運(yùn)用相關(guān)公式作出剪力圖、彎矩圖，而我們需要校核的是最長極限位置，此時(shí)有s=96mm，x*=455.029mm，L=159mm，取外載荷F=100N。圖1.1.2綁扎機(jī)應(yīng)力圖和彎矩圖為了保證綁扎機(jī)強(qiáng)度，我選取了比較薄弱的伸縮桿的尺寸進(jìn)行強(qiáng)度校核。其中D=30mm，d=16mm，取材料性能比較好的尼龍66，它的抗拉強(qiáng)度[σt]=75MPa,壓縮強(qiáng)度[σc]=101.88MPa，剪切強(qiáng)度[τ]=26MPa。圖1.1.3最大正應(yīng)力為25.15MPa經(jīng)過計(jì)算，最大正應(yīng)力為25.146481162MPa，所以該結(jié)構(gòu)安全。1.1.2第二種受力狀態(tài)圖1.1.SEQ圖\*ARABIC5第二種受力方式圖1.1.SEQ圖\*ARABIC6第二種受力內(nèi)力圖圖1.1.SEQ圖\*ARABIC7