一種基于ANSYS的設備門窗自動化開關(guān)改造設計

蔣小麗

摘 要：隨著“中國制造2025”的提出，智能制造已經(jīng)成為當今社會工業(yè)生產(chǎn)的趨勢所在，智能裝備、基于工業(yè)機器人的自動化生產(chǎn)工廠等正在引領(lǐng)制造方式的變革。為了實現(xiàn)電子產(chǎn)品檢測的整條生產(chǎn)線的全自動化方案，該文針對某測試設備的門窗進行了改造，以達到自動控制設備門窗開關(guān)的目的。在對開關(guān)門組件進行結(jié)構(gòu)設計后，對其中主要的受力構(gòu)件—連桿基于ANSYS進行了有限元分析，分析結(jié)果顯示，該文設計的開關(guān)門組件力學性能能夠滿足所選設備門的自動化開關(guān)需求。

關(guān)鍵詞：自動化；測試設備；有限元分析；結(jié)構(gòu)設計

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：A

1 結(jié)構(gòu)設計

該文選取一款工業(yè)用的電子產(chǎn)品某性能測試的設備作為改造的載體。設備開門方向由右到左，開關(guān)門構(gòu)件工作狀態(tài)如圖1、圖2所示。構(gòu)件采用曲柄滑塊結(jié)構(gòu)原理，選用工業(yè)用無桿滑臺氣缸作為滑塊，門鉸鏈作為機架，門的一部分作為曲柄，門與氣缸連接的部件作為連桿，通過給氣缸供氣使氣缸滑臺左右往復運動，從而帶動設備門開關(guān)。外部控制方式采用PLC控制。當被檢測電子產(chǎn)品需要進入設備測試時，外部PLC控制氣動電磁閥的線圈1使電控制氣缸向左運動，同時連桿帶動設備門繞門鉸鏈轉(zhuǎn)動，直到氣缸運動到最左端并保持該狀態(tài)。待測試電子產(chǎn)品放入設備，確認安全后，PLC控制氣動電磁閥的線圈2使電控制氣缸往右運動，連桿帶動設備門繞門鉸鏈轉(zhuǎn)動，直到整個設備門完全關(guān)閉，氣缸保持該狀態(tài)直到測試結(jié)束。

2 結(jié)構(gòu)簡化以及受力分析

曲柄滑塊機構(gòu)是一種通過曲柄和滑塊來實現(xiàn)轉(zhuǎn)動和移動相互轉(zhuǎn)換的平面連桿機構(gòu)，曲柄滑塊機構(gòu)在工程實踐中應用廣泛，對其研究和設計一直是機構(gòu)學中的一個重要課題。該文利用曲柄滑塊原理將氣缸滑臺的往復運動轉(zhuǎn)化為設備門的不整周回轉(zhuǎn)運動。

該文將設計的開關(guān)門構(gòu)件經(jīng)過簡化后，得到如圖3所示的正偏心曲柄滑塊機構(gòu)，連桿作為最可能由于受力遭到破壞的構(gòu)件，其受力如圖3所示。基于該研究設備的實際關(guān)門情況可知，當壓力角最小的時候關(guān)門力矩最大，即壓力角α為0時關(guān)門力矩需要最大。

3 主要部件的有限元分析

有限元分析是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件，從而得到問題的解。這個解不是準確解，而是近似解，由于實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù)實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，因此成為行之有效的工程分析手段。

該文對設計的開關(guān)門機構(gòu)的主要受力部件—連桿進行了有限元分析，連桿平面幾何特征如圖4所示，桿總長460 mm，厚度12 mm，左右2個圓孔作為旋轉(zhuǎn)的安裝固定孔，圓孔直徑30 mm。經(jīng)過計算，作用在連桿上的壓力為12.4 MPa。

分析結(jié)果如圖5、圖6所示，連桿的等效應力為29.213 MPa，如圖5所示；最大主應力為29.659 MPa，如圖6所示，連桿與旋轉(zhuǎn)銷軸接觸且靠近兩端面的位置所受應力最大。以上得出的數(shù)據(jù)與該材料的力學性能參數(shù)對比后發(fā)現(xiàn)，連桿所受的應力遠遠小于其力學性能的極限值。說明該文設計的連桿在力學上滿足使用要求。

4 結(jié)語

該文通過將機械設計中常用的曲柄滑塊機構(gòu)進行移植，成功實現(xiàn)了設備門窗的自動開關(guān)改造設計。要設計出一款適合設備門窗自動化開關(guān)的開門構(gòu)件，必須合理地選取曲柄的長度，滑臺氣缸的缸徑和行程，同時對連桿的長度和厚度也要做一定的計算。該文在滿足結(jié)構(gòu)需求后，對開關(guān)門構(gòu)件的主要受力零部件—連桿做了有限元分析，分析結(jié)果顯示該連桿機構(gòu)滿足力學性能要求。

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