基于Pro/Mechanica的转杯纺纱机筒子架结构分析与优化设计

　　前言

　　转杯纺筒子架是转杯纺纱机重要的卷绕支撑部件，该装置采用弹簧加压和气动抬起机构，实现自动抬筒(纱筒圈绕满筒或纱线断头时)。我公司在JWF1612转杯纺纱机筒子架部件的优化设计中，为了达到降成本目的，欲将筒子架部件中左臂、右臂的材料从Q235A冷轧钢板改进为YL112压铸铝，并对其结构进行优化。

　　紧密集成于Pro/E的Pro/Mechanica是集静态、动态结构分析于一体的有限元分析模块，能够模拟真实环境为模型施加约束及载荷，测算模型的应力、应变、位移等参数，实现静态、翘曲、疲劳、频率、振动等分析，适用于产品开发过程中的所有设计人员。该软件不仅易于使用，而且功能强大，可帮助预测设计在实际运行情况下的性能，以及发现问题，并在制造样机、加工模具前纠正这些问题。

　　本文利用Pro/Mechanica有限元分析模块对筒子架部件进行结构分析，在保证其结构强度前提下，提出优化设计方案。

　　1 筒子架模型创建

　　在Pro/E软件环境中，建立筒子架部件的三维装配模型(图1)，为分离提取分析模型做准备。　　

　　图1 筒子架部件的实体模型图

　　2 筒子架结构分析

　　2.1 简化模型

　　由于主要改进与分析对象是筒子架部件中的左臂和右臂，所以将与其无关的零件或特征隐含(或删除)。简化后的分析模型如图2所示。　　

　　图2 简化模型(左为Q235A冷轧钢板设计方案，右为YL112压铸铝设计方案)

　　2.2 分配材料

　　筒子架分析模型所用到的材料有：YL112压铸铝、Q235A冷轧钢板、60Si2Mn弹簧钢板1.2mm，其材料力学性能(见表1)。根据所提供的数据分别定义各材料，并分配添加到分析模型中。

　　表1 材料力学性能　　

　　图3 铝合金压铸件壁厚与抗拉强度(MPa)及比重的关系

　　2.3 施加约束和载荷

　　筒子架左右臂主要受力情况：(a)自重;(b)满筒时通过纱管作用在左右两臂上的纱筒的重力约6Kg;(c)板簧通过纱管作用于筒子架左右臂的夹紧力之反作用力(弹簧压力调整范围为2.5-4Kg)。根据实际工况，对简化后的模型分别施加位移约束、重力载荷和压力载荷(见表2)。

　　表2 约束与载荷

　　2.4 建立分析算例并运行

　　首先建立结构静态分析算例，定义静态分析所施加的约束集和载荷集，以及定义分析的计算方法，然后在运行静态分析过程中，根据模拟分析给出的诊断提示进行修改完善模型，直至分析运行成功，最后在结果窗口中定义筒子架模型的应力、形变等显示选项，查看设计分析结果。
(本文不涉密)
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