基于Pro/E的输送机带轮的优化设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)大连海洋大学 作者:周立彬

  利用Pro/E软件的参数化功能实现了单槽V型带轮的实体建模,同时应用其内在的Mechanica模块对建立的参数化模型进行仿真和有限元分析,生成应力条纹图,并对带轮的部分参数进行了优化设计,使得带轮的最大内应力减小。

  在产品的设计和开发过程中,绝大部分产品具有相同或相近的结构,而改变某些设计参数将对整个产品的综合性能产生很大的影响。在传统的机械设计中,设计人员通过估算初始参数,经过设计计算和校核,如不满足设计和使用要求,则根据经验修改,再次校核,直到满足要求为止,无论在时间还是在经济上都是很大的浪费。Pro/E软件的参数化设计理念为产品设计的动态开发提供了可能,首先根据设计要求设计产品结构,给出初始参数,对其进行实体建模,通过添加约束和载荷,对产品受力情况进行分析仿真。然后对设定模型进行灵敏度分析,以便确定优化设计目标,对分析结果优化处理,以达到最优的设计结果。

1、带轮的结构设计

  带传动是通过中间挠性件皮带传递运动和动力的,适用于两轴中心距较大的场合,与齿轮传动相比,具有结构简单,成本低廉的优点。带轮由轮缘、腹板(轮辐)和轮毂三部分组成:轮缘是带轮的工作部分,制有V形轮槽;轮毂是带轮与轴的联接部分;轮缘与轮毂则用轮辐(腹板)联接成一整体。

  V带轮按腹板(轮辐)结构的不同分为以下几种形式:1)实心带轮;2)腹板带轮;3)孔板带轮;4)轮辐带轮。

  根据带速和传递功率要求选用普通V带传动,考虑减轻带轮重量和便于安装等因素,带轮的结构选择孔板式,根据设计要求带轮基圆直径选为140 mm,孔径为35 mm,沿圆周方向均匀分布4个大小相同的孔结构,图1为带轮的实体建模结果。

2、带轮的仿真和有限元分析

  Pro/E的网格划分采用H 方法,其特点是划分的网格为四边形,单元较大,但其边界条件的拟合效果很好,不仅计算准确,而且节省计算时间,而其他的软件一般采用P 方法进行数据拟合,花费的计算时间很大,还需要很大的内存空间,图2 为带轮的有限元网格划分。

3、结果分析

  从优化后的带轮有限元分析的应力条纹图中,可以看出最大弯曲应力为28.8 MPa,较初始参数下的应力有所减小,因此,计算机模拟分析的结果证明了采用优化设计模型可以有效地减小弯曲应力,而这种优化设计分析的方法要比传统的设计计算的方法更加省时、省力。

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