子午線輪胎成型機(jī)胎體接取傳送裝置輕量化設(shè)計(jì)研究

肜雨彤

摘要：針對(duì)子午線輪胎成型機(jī)胎體接取傳送裝置存在的不足，從輕量化結(jié)構(gòu)角度，提出了導(dǎo)柱和夾持爪組件的輕量化設(shè)計(jì)方案。應(yīng)用Netfabb軟件，對(duì)二者進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)分析。分析結(jié)果表明，導(dǎo)柱和夾持爪組件的輕量化設(shè)計(jì)方案均可行，導(dǎo)柱和夾持爪組件分別減重51.9%和30.2%。

Abstract： For the shortage of the transfer device of the body of carcass in the agricultural radial tire building machine， the lightweight design schemes for guide pillar and gripper are put forward from the perspective of lightweight. The application of UG software， the lightweight design for guide pillar and gripper are analyzed. The analysis results show that the lightweight design schemes for guide pillar and gripper are feasible， weight reduction of guide pillar and gripper are 51.9%and 30.2% respectively.

關(guān)鍵詞：子午線輪胎成型機(jī);胎體接取傳送裝置;輕量化設(shè)計(jì);Netfabb

Key words： radial tire building machine;body of carcass;lightweight design;Netfabb

0 ?引言

福建建陽(yáng)龍翔科技開(kāi)發(fā)有限公司是一家集科研開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造、營(yíng)銷服務(wù)一體化的創(chuàng)新型企業(yè)，其產(chǎn)品遠(yuǎn)銷歐美等國(guó)家，子午線輪胎成型機(jī)是公司的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。早期，子午線輪胎通常采用二段成型法進(jìn)行生產(chǎn)，為了提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低勞動(dòng)強(qiáng)度，公司成功開(kāi)發(fā)出二段一次法子午線輪胎成型機(jī)[1]和巨型農(nóng)用輪胎成型機(jī)胎體接取傳送裝置[2]，即將在一段機(jī)成型鼓上完成胎料貼合的輪胎胚胎（即胎體）通過(guò)胎體接取傳送裝置接取并傳送至二段機(jī)貼合鼓，從而大大提高產(chǎn)品精度。針對(duì)胎體接取傳送裝置存在重量較大、費(fèi)材耗能的問(wèn)題，采取減少夾持爪組件數(shù)量和減輕導(dǎo)柱重量?jī)蓚€(gè)方向進(jìn)行優(yōu)化[3]。本文從輕量化設(shè)計(jì)角度，以某型號(hào)子午線輪胎成型機(jī)為例，應(yīng)用Netfabb軟件，對(duì)夾持爪組件和導(dǎo)柱進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)分析，尋求其減重、節(jié)材、降耗的解決方案。

1 ?胎體接取傳送裝置

該型號(hào)子午線輪胎成型機(jī)的胎體接取傳送裝置由環(huán)體、夾持爪組件、伺服電機(jī)組件、底板等主要零件組成，如圖1所示。其中，夾持爪組件包括夾持片、導(dǎo)柱、轉(zhuǎn)接座、齒條等零件，如圖2所示。工作時(shí)，伺服電機(jī)組件帶動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接座、導(dǎo)柱、夾持片運(yùn)動(dòng)，最終通過(guò)夾持爪組件伸縮實(shí)現(xiàn)對(duì)胎體的夾持與松開(kāi)。

2 ?輕量化設(shè)計(jì)方案

目前，輕量化設(shè)計(jì)通常有輕量化材料和輕量化結(jié)構(gòu)等途徑，輕量化結(jié)構(gòu)則有輕量化晶格模型[4]和輕量化拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[5]兩種方式，本文從輕量化晶格模型切入，對(duì)導(dǎo)柱和夾持爪組件進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。

導(dǎo)柱和夾持爪組件材料均為45鋼，屈服強(qiáng)度為355MPa，密度7.85e3kg/m3，彈性模量210GPa，泊松比0.269。

2.1 導(dǎo)柱輕量化設(shè)計(jì)

導(dǎo)柱外形大致是一個(gè)尺寸為340×200×80mm的長(zhǎng)方體，左側(cè)面均布載荷0.45MPa，方向朝右，Hexagon晶格，圖3所示為導(dǎo)柱內(nèi)部晶格參數(shù)設(shè)置和載荷工況。

2.2 夾持爪組件輕量化設(shè)計(jì)

夾持爪組件載荷：夾持片左側(cè)面均布載荷0.1MPa，齒條右側(cè)面均布載荷2MPa，Hexagon晶格，圖4所示為夾持爪組件內(nèi)部晶格參數(shù)設(shè)置和載荷工況。

3 ?輕量化設(shè)計(jì)結(jié)果分析

應(yīng)用Netfabb軟件對(duì)導(dǎo)柱和夾持爪組件分別進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。

3.1 導(dǎo)柱輕量化設(shè)計(jì)結(jié)果分析

圖5（a）為導(dǎo)柱整體輕量化設(shè)計(jì)結(jié)果，（b）為隱藏外部表皮導(dǎo)柱內(nèi)部晶格情況。從圖中可以看出，導(dǎo)柱進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)后，其最大應(yīng)力為7.7MPa，最大應(yīng)力集中在靠近導(dǎo)柱兩端。對(duì)于45鋼，其屈服極限σs為360MPa（20℃），因此輕量化后的結(jié)構(gòu)方案能滿足強(qiáng)度要求。

然后，對(duì)導(dǎo)柱輕量化設(shè)計(jì)前后的重量進(jìn)行分析。輕量化設(shè)計(jì)前導(dǎo)柱體積為5.352485e+06mm3，質(zhì)量為42.016kg;輕量化設(shè)計(jì)后體積為2.575318e+06mm3，質(zhì)量為20.216kg，質(zhì)量降低了51.9%。

3.2 夾持爪組件輕量化設(shè)計(jì)結(jié)果分析

圖6（a）為夾持爪組件整體輕量化設(shè)計(jì)結(jié)果，（b）為隱藏外部表皮夾持爪組件內(nèi)部晶格情況。從圖中可以看出，夾持爪組件進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)后，其最大應(yīng)力為15.36MPa，最大應(yīng)力集中在夾持片與導(dǎo)柱兩個(gè)零件的交接處。對(duì)于45鋼，其屈服極限σs為360MPa（20℃），因此輕量化后的結(jié)構(gòu)方案能滿足強(qiáng)度要求。

然后，對(duì)夾持爪組件輕量化設(shè)計(jì)前后的重量進(jìn)行分析。輕量化設(shè)計(jì)前夾持爪組件體積為8.619404e+06mm3，質(zhì)量為67.662kg;輕量化設(shè)計(jì)后體積為6.019528e+06mm3，質(zhì)量為47.253kg，質(zhì)量降低30.2%。

4 ?結(jié)論

本文基于對(duì)子午線輪胎成型機(jī)胎體接取傳送裝置節(jié)材減重角度，對(duì)導(dǎo)柱和夾持爪組件進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，分析結(jié)果表明：①導(dǎo)柱輕量化設(shè)計(jì)化方案滿足強(qiáng)度要求，優(yōu)化后減重21.801kg，減重51.9%，該方案可行。②夾持爪組件輕量化設(shè)計(jì)化方案也滿足強(qiáng)度要求，優(yōu)化后減重20.409kg，減重為30.2%，該方案亦可行。

通過(guò)對(duì)胎體接取傳送裝置的輕量化設(shè)計(jì)，在用材、生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)節(jié)材降耗，體現(xiàn)了基于低碳、環(huán)保理念的產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2]戴造成.巨型農(nóng)用輪胎成型機(jī)胎體接取傳送裝置.中國(guó)專利，205326319U，2016-02-01.

[3]伊啟中，戴造成，謝濟(jì)興，等.農(nóng)用子午線輪胎成型機(jī)胎體接取傳送裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].價(jià)值工程，2019，38（27）：148-150.

[4]袁磊.面向3D打印的輕量化結(jié)構(gòu)研究[D].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，2019.

[5]張聰，賈德君，李范春，等.三體船橫艙壁拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)及力學(xué)分析[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2020（06）：1-8.