关于SolidWorks的固定式破碎机设计分析

小小红太阳

SOLIDWORKS Motion是与SolidWorks 2010软件无缝集成的全功能运动仿真软件，Motion可以提供运动机构所有零部件的运动学性能(包括位置、速度和加速度)和动力学性能(包括接点反作用力、惯性力和功率要求)的完整量化信息。由于Motion和SolidWorks的无缝结合，不用耗费更多的时间就可以获得运动模拟结果，同时由于执行运动模拟所需的所有内容都已在CAD装配体模型中定义好了，只需将它们传输到运动模拟程序即可。Motion还可用于检查干涉，冗余约束检查和消除。通过仿真得出各零部件的运动情况，包括位移、速度、加速度和作用力及反作用力等，并以动画、图形和表格等多种形式输出结果，以满足用户对运动仿真分析的诸多需求。

Simulation是一套强大的有限元分析软件。能对用SolidWorks设计的实体模型进行静态、热力、振动频率、疲劳、流体和扭曲等多项工程分析，也可以进行优化设计和非线性分析，是目前流行的CAE软件。


根据实际工作情况设定某型号型固定式破碎机的工作仿真时间为28s，四川SolidWorks 采用Solidworks motion插件中内嵌的阶跃函数STEP(TIME,t1,x1,t2,x2)按照各油缸工作顺序、油缸直径大小确定每阶段的时间分配，通过马达模块控制各油缸伸缩的位移，从而驱动液压锤锤尖实现期望的运动。为了获得工作范围的包络图、各构件的运动学和动力学特性，只需给出其在X-Y 面的仿真结果(马达旋转不作考虑)，将各部件重力加入后，通过函数表达式即可实现对整个工作过程的仿真。

通过motion动力学仿真，可以适时地分析各工况的受力情况，确定各部件出现危险工况的位置。本文在此基础上利用Simulation软件进行了工作装置整体静力学与模态的分析。

当工作装置以一定的形式运动时，其速度、加速度与各油缸伸缩的速度和加速度有着严格的依赖关系，在进行运动控制时，将实现给定的打击部件位置和速度信息变换为各油缸伸长的控制指令，从而驱动打击部件实现期望的运动。因此当工作装置的结构尺寸及油缸铰点已经确定时，工作范围主要取决于各油缸选型尺寸。运行仿真打击部件的运动轨迹如图2，该图也表示出了整个装置的运动极限包络图。在结果中可以得出各点的速度、位移和加速度等运动学相关特性参数曲线，并可以输出到Excel中处理，图3为锤尖在XY平面的位移曲线。


对于工作装置中各部件的受力(例如液压缸的推力的计算)SolidWorks西南代理商 ，目前多采用轨迹图法或根据几何约束关系建立力学方程组进行求解，计算起来不仅要耗费大量人力物力，而且结果比较粗糙。运行仿真后，以油缸为例，从图4中可以直观地看出工作装置在动作过程中，对应的每一时刻各油缸的受力状况和极值出现的位置，从而为液压系统和控制系统设计，以及极限工况下相关构件的强度校核和改进设计提供了参考依据。除液压缸的受力外，还可以根据动力学仿真结果，得到各关键点的受力特性，为后面各部件转入Simulation中做有限元分析提供依据。


对于不同工况，根据工作装置承受载荷的不同，有限元分析结果也存在差异。本文以最大打击半径工况为例，利用Simulation对工作装置进行装配体静力学分析。通过软件的仿真运算后可以得出整个工作装置的应力、应变、位移和安全系数图解，如图5。从图中可以方便地得出该状况下最大应力为42.8MPa，最大位移为5.4mm以及最小安全系数为5.8。本工作装置主要采用不同厚度的16Mn钢板焊接而成，材料弹性模量为2.106MPa，泊松比0.3，屈服极限为345Mpa;最大应力均小于材料许用应力，满足强度条件，符合设计要求。

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