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輪胎定型硫化機是一種重要的橡膠機械，主要用于空心輪胎的外胎硫化和定型。其種類按傳動方式可分為機械式和液壓式。其中，傳統(tǒng)的機械式機構(gòu)原理簡單，目前得到普遍的應(yīng)用。隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，硫化機行業(yè)內(nèi)的市場競爭也日趨激烈。為在激烈的市場競爭中求生存、求發(fā)展，采用先進的機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，進而提高產(chǎn)品的市場競爭力，成為國內(nèi)各主要硫化機生產(chǎn)廠家的迫切要求。
為此，對某機型的機械式硫化機的主要構(gòu)件進行基于三維模型的有限元分析，實現(xiàn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，解決產(chǎn)品結(jié)構(gòu)剛度、強度等靜力特性與產(chǎn)品重量、造價等設(shè)計可用資源間的矛盾，以達到降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益的目的。
傳統(tǒng)的設(shè)計計算方法主要是依據(jù)材料力學(xué)理論，對硫化機的各主要部件如橫梁、端軸、連杠等，進行強度、剛度等靜力特性的校核。由于在設(shè)計中往往忽略了加強肋板、開孔等結(jié)構(gòu)，因此計算模型與真實結(jié)構(gòu)有一定差距，具有一定的局限性，不能獲得結(jié)構(gòu)局部的具體應(yīng)力值，不利于對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。而解決此問題則正是有限元技術(shù)的優(yōu)勢所在。
本研究利用I-DEAS軟件，結(jié)合傳統(tǒng)設(shè)計方法，對硫化機橫梁進行有限元分析，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化結(jié)構(gòu)，從而改善結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布及變形狀況，降低生產(chǎn)成本。
橫梁受力最大時是在合模期間。如圖所示，主要承受蒸汽室的壓力和拉桿的拉力，某機型最大受力為4500 kN。由于其結(jié)構(gòu)對稱，所以可取橫梁的1/4或1/2部分進行分析。橫梁2端的端板材料為25#鋼板，其余為Q235-A鋼板，其彈性模量可統(tǒng)一取206.8 GPa，泊松比0.29。需要注意的是，橫梁與端軸的連接方式是過盈配合而不是焊接，在建模時2者有所不同。根據(jù)不同的分析要求，橫梁的有限元模型可分為2種情況。
不考慮橫梁與端軸的接觸問題，只分析頂板、底板及腹板等遠離接觸區(qū)部分的應(yīng)力情況，可將橫梁和端軸作為一體建立有限元模型。這樣的模型簡單，計算時間短，但不能分析接觸區(qū)附近的應(yīng)力分布情況。
經(jīng)過計算，得到某型橫梁分析結(jié)果如下：如圖所示，橫梁腹板上最大mises應(yīng)力值222 MPa，位置在開孔的外側(cè)下角。由于受彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力的影響，在端板和肋板之間的腹板部分應(yīng)力較大且分布范圍較廣，其mises應(yīng)力值在100~180 MPa之間。
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