基于SolidWorks的硫化机底座分析

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1 前言
随着我国交通运输事业的迅速发展，高速公路不断铺设，这就对对汽车轮胎的均匀性提出了越来越高的要求，因此对硫化机的工作精度要求也随之提高。由于机械式轮胎硫化机存在的不可克服的弱点，轮胎的均匀性机械式硫化机很难予以保证，已不能满足由于高速公路的发展，对汽车轮胎质量要求的日益提高。因而世界上主要轮胎公司已逐步采用液压式硫化机代替传统的机械式硫化机。
液压硫化机采用新式结构，提高硫化机的各技术指标，重要零部件通过有限元分析，从而满足高等级子午线轮胎制造要求。SimulationWorks是SolidWorks自带的一个用于有限元分析的插件。有限元分析是一种工程实际中常用的可靠性数学分析方法。它将整个零件或装配体划分为若干个简单的单元，并建立控制各个单元之间的联系的行为方程式。这些行为方程式将研究对象的材料、属性与外载荷以及约束联系在一起，建立成一个统一的整体。本文主要通过SolidWorks对硫化机底座进行建模和有限元分析，保证底座的应力和应变要求，对液压硫化机底座进行优化设计。
2 建立有限元模型
建立有限元模型包括：建立有限元实体模型和划分网格两个步骤。
2.1 建立实体模型
用SolidWorks建立液压硫化机底座实体模型，利用SolidWorks强大的建模和修改功能可以方便地对模型进行修改，在进行有限元分析的时候，一定要对模型做必要的简化，以减少计算量和时间，提高精度。底座由上座板、端板、隔板、腹板及下座板焊接而成。考虑到产品开发便捷性，这里直接采有SolidWorks的有限元分析模块Simulationworks对框架进行有限元分析。由于底座结构和载荷的对称性，选用底座模型的1/4结构进行建模和有限元分析。
实体模型如图1所示。

图1 底座实体模型

2.2 定义单元类型、材料参数
整个底座框架按Q235-A材料的属性定义，材料属性如表1所示。

表1 底座材料属性

2.3 划分网格
网格划分是有限元分析时关键的一步，它要求考虑的问题较多，需要的工作量较大，所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。为了建立正确、合理的有限元模型，遵循和考虑的一些划分网格的基本原则。对底座网格划分后的有限元模型如图2所示。

图2 底座的有限元模型 分页

3 施加载荷和求解
在硫化机合模之后，合模力直接施加在底座上。
施加在底座上的压力P计算如下：

加载后的有限元模型如图3所示。

图3 加载后的有限元模型

4 对底座进行应力分析
4.1 应力结果分析
底座应力分析如图4所示

图4 底座应力分布图

从图上分析可知，整台设备在工作状态下，最易产生变形的地方在底座的端板和下座板的联接部位，这部分产生的最大强度为178MPa，这也是进行底座框架结构设计时考虑的要点，因此在联接部分一定要加强。根据材料Q235-A的材料属性可知，屈服强度为235MPa，因此强度满足要求。
4.2 应变结果分析
应变结果分析如图5所示。

图5 底座应变图

根据应变分析图可以看出，整个底座在弯矩的作用下，在上座板产生的变形最大，最大变形量为2.42mm，此结果满足液压硫化机底座的刚度要求。
5 结语
利用SolidWorks进行有限元分析表明，整个底座框架的结构体中上座板受到的刚度变形最大，在设计的时候应考虑适当增加上座板的厚度，而在端板可以考虑适当的减少材料，同时增加下座板的厚度，这样应力集中可以得到改善，结构也进一步优化，在符合设计要求的同时，既节省了材料，又提高了强度。