基于ANSYS的膠輥纏繞機支撐部件靜力學分析

摘 要：目前，我國正處于全面建成小康社會的關鍵時期，經濟依然高速發展，基礎工業是我國實現中華民族偉大復興的關鍵，也是生產與人們日常生活息息相關的主要產品的工具。大力發展基礎工業，是我國和平穩定發展的動力與保障。

關鍵詞：膠輥纏繞機；ANSYS；靜力學分析

1 國外膠輥纏繞機研究現狀

國外橡膠企業生產膠輥的傳統方法是將橡膠壓延片貼于一個旋轉的芯軸上來制造。在新的制造方法中，橡膠片被壓出并貼到沿軸向運動的旋轉芯軸上。

國外膠片貼合系統可以從兩個方向貼合膠片，而且可以一道或多道同時操作。在橡膠片貼合的過程中貼膠機械可以調節對橡膠片的壓力，以適應貼膠的壁厚和芯軸直徑的變化[1]。

全球最大的膠輥生產商是德國的Bottcher 集團，Bottcher集團目前在全世界有7 萬多用戶。Bottcher 集團生產的膠輥包括很多種類，比如用于新聞紙印刷、平板印刷、數碼印刷和許多其它特殊用途的印刷膠輥。其產品主要優點是：優良的抗化學腐蝕、抗熱壓性能。除此之外，他們還生產其他種類的膠輥，比如：免釉化輥、潤版輥等。

國外膠輥生產廠家的特點主要有以下幾點：（1）生產水平高，國外企業大都是生產規模非常大的公司集團；（2）產品品種齊全、外觀優良；（3）生產膠輥的工藝先進，具有很高的檢測精度，質量標準高；（4）產品性能良好，同類膠輥比一般國內產品使用壽命更長；（5）國外膠輥生產企業具有一支強大的新品研制隊伍，對市場變化響應時間短，技術水平先進[2]。

2 國內膠輥纏繞機研究現狀

改革開放三十多年來，我國膠輥生產技術進入了一個春天，起初，一些企業從國外引進大量新技術、新設備對企業進行積極改造，短時間內膠輥生產技術有了很大的提高，使得國內膠輥生產技術摒棄了傳統的技術：貼膠片、包水布、硫化處理。從而引進了膠輥纏繞成型設備，這就是我們目前最常見的膠輥纏繞機。其中比較著名的當屬上海第六橡膠廠利用美國AMF公司生產的擠出纏繞機與天津第二機床廠生產的FMJ200型覆面機結合起來，膠輥纏繞機由冷喂料擠出機與可移式底座和控制系統組成XJW-100型冷喂料擠出機出膠口安裝上片形端頭，就可以擠出片狀橡膠條，輥芯沿軸線轉動，進而纏繞在圓柱狀輥芯上。這套設備與傳統技術相比具有明顯的優點：（1）提高了膠輥的貼膠質量；（2）對膠輥的直徑與長度適應性強；（3）操作方便；（4）提高了生產效率；（5）減少了工人勞動強度。

但是隨著信息技術的不斷發展，這套設備越來越不能滿足市場及社會發展的需要。目前主要存在的技術問題有：（1）不能對端面進行一次貼膠完成；（2）貼膠過程自動化程度不高；（3）無質量檢測標準；（4）貼膠厚度誤差較大。

3 進給工作臺支架強度分析

工作臺支架材料是45號鋼，泊松比為 0.3，彈性模量為200～210Gpa，屈服極限為360Mpa，本次仿真采用UG三維軟件進行三維實體建模，將在UG中建好的模型改為parasolid格式，然后將其導入到ANSYS 中。工作臺支架為實體結構單元，選用8節點的結構實體單元SOLID185用來定義單元類型。

劃分單元網格時應該選擇一種適合的單元體將實體模型劃分成有限個單元，在有限元分析中關鍵是網格劃分，網格的劃分數量也影響了分析精度的問題。理論上來說，網格劃分越細化，分析精度就越高，但在實際中應該綜合考慮許多因素，并非越細越好，當劃分的網格數能夠達到分析問題的要求即可，否則，網格劃分過細，會導致計算量增加，處理時間過長嚴重時會使計算機死機，造成資源的浪費[3]。

進給工作臺支架結構較為簡單，本次有限元分析選擇智能網格劃分，選擇劃分精度為3，共劃分出13982個節點和69252個單元，網格劃分結果如圖1所示。

實際工作載荷來自于上部與工作臺平面接觸位置工作臺的壓力，載荷大小為25000N，側壓在支架的上部平面上。工作臺支架約束是滑塊支撐在支架位置的平面，用螺栓連接。

對工作臺支架施加載荷后，求解可得到支架受力變形圖與應力等高線圖，受力變形情況如圖2所示，應力等高線圖如圖3所示。通過受力變形圖可知，支架最大變形處位于受壓一側距離對稱面最遠的位置，單變形量極小，未超出允許范圍。通過應力等高線圖可知，受壓一側的長桿與受壓面接觸處應力集中現象顯著，應該在其附近倒圓角以減小其應力集中。本零件整體變形不大，最大應力未超過安全值。可以根據變形圖與應力等高線圖進行結構優化設計。

4 結束語

國內膠輥纏繞機的設計制造以及工作能力與國外先進技術還存在相當大的差距，以上分析過程驗證了膠輥纏繞機支撐部件應力應變均在安全范圍之內。

參考文獻

[1]John G.Sommer.Engineered Rubber Products Introduction to Design，Manufacture and Testing.Munich.Carl Hanser Verlag，2009：156-157.

[2]陳登隆.國內外膠輥行業發展現狀[J].中國橡膠，2009，6：18-19.

[3]關振群，宋超，顧元憲，等.有限元網格生成方法研究的新進展[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2003，1：1.