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振动采种机整机框架的强度分析

发布于:2016-02-29 20:22
强度分析

      便携式振动采种机是南京林业大学林机研究室研制成功的机械化采种机具。它具有生产率高、经济性好、结构简单、重量轻的特点。它避免了工人上树采种,可满足南方山区和种子园的采种工艺要求。在设计振动采种机过程中,大家遇到了该机整机框架的强度分析问题。考虑到采用一般的结构力学分析方法很难得到框架应力分布的解析解,故而采用可在装有硬盘的IBM-PC/XT微机上运行的计算结构力学程序DDJ-W处理框架的强度问题,既方便又实用,所得计算结果为框架的强度设计提供了重要的设计依据。
      振动采种机由CH25型链锯发动机通过皮带把动力传至振动箱,振动箱所产生的离心力经整机框架传递到树干使其振动,振动波在树干和树枝中传波直至球果,成熟种子便振落。框架由底板、锁紧丝杠、夹持架、连接柱等组成,其结构简图如图。使用前应摇动手柄使双头螺旋丝杠带动夹持架夹紧树干进行预紧,框架的实际宽度B与树径D有关(取B=1.154100要用DDJ-V程序进行框架的强度分析,必须对原机结构进行简化。
      为便于简化,针对采种机框架的实际构造,大家提出以下三点假设。1、底板与夹持架间是通过燕尾槽相连接的,两者只有在Y方向相对移动,而没有r方向的移动和相对转动,故这个连接局部可简化如图中一、二、五、六、十这几个结点构成的梁单元①、③、⑨、⑩。其中①、⑨、⑩三个单元刚度很大,⑥两个单元抗拉刚度很大,抗弯刚度取为零。2、螺旋丝杠带动夹持架预紧树干,防止使用时整机的松动,因此结构分析时需计及预紧载荷,其数值计算可见式。式中,P手为摇手柄的作用力,1为手柄长度,d:为丝杠中径,分别为丝杠升角和摩擦角。框架的总内力应是预紧力和激振载荷共同作用时的内力。因丝杠刚度远小于其余部分框架的刚度,故预紧力与装配应力所产生的拉力近似相等。这样,各杆件总内力应是两部分之和,一部分是把预紧力按相反作用方向加到丝杠螺母间的连接点后结构中的内力,此时有外载荷作用,这部分内力可用微机程序DDJ-V来计算,另一部分是丝杠上受到的预紧力。
      丝杠与螺母预紧以后,间隙消除,又因丝杠与螺母的旋合长度大大超过直径,故十二、十四两结点可作为固支点来处理。3、边界条件的处理。带有橡胶皮的夹持架与树干间的约束力是正反力与摩擦力的合成。可将两个力合成一个方向的约束力,摩擦系数取f=0.577。另外,因摩擦力方向框架上外载荷方向的影响,激振力在AO线左、右两侧时,各自的摩擦力方向相反,故在建立结构分析模型时应把这两种约束分开。图都表示P力在AO线右侧的情况,如P力在AO线左侧时,十六、十九两点为水平约束,十五、二十两点与X轴成120°角。预紧时框架有四点与树干接触,树干对框架的作用力只能指向框架。框架受旋转激振力作用时,在某些方向角a可能会有某点会脱开。
      有限元分析对这个问题的解决方法是:先按四点全部接触计算,检查反力计算结果,如发现某点反力符号与实际情况不符时,说明树干对框架没有约束了,然后把某点约束撒除,重新计算。根据上述对框架结构的简化,大家对两种结构提出各自的结构模型。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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