轻型往复杆机构的设计及有限元分析

2020-07-24樊水晶刘参参蒙文范

时代汽车 2020年10期

樊水晶刘参参蒙文范

摘要：本文介绍了往复杆机构在车身工装领域的设计及强度校核分析。通过铝型材实现设计结构轻量化处理，通过有限元进行强度校核分析，保证结构使用过程中的稳定性，对车身工装传输及轻量化设计有一定的帮助。

关键词：往复杆;型材;有限元分析

1 背景

车身焊接车间为提高自身生产效率，根据车身结构、工装及工艺布局，通常采用往复杆结构进行白车身工位间传输，焊接结束后举升托架上升定位，工装设备脱销，举升机构水平移动，托架托举白车身到下一个工位，举升机构下降，白车身落销实现工装定位，托架后退到上一个工位，自动传输过程保证了工位间白车身传输效率。循环周期在22s以内，该结构特点：高效、便捷、易维护。

2 往复杆机构及原理

本文介绍的轻型往复杆结构，包括往复机构和举升机构，往复机构与举升机构连接，往复机构包括往复驱动装置、铝型材，举升机构包括凸轮摆杆、摆杆机构和举升驱动装置，往复机构的一端与摆杆机构连接，往复机构的另一端与凸轮摆杆连接，凸轮摆杆与举升驱动装置连接，往复驱动装置与铝型材连接，铝型材的两端分别连接有平衡机构，平衡机构包括平衡气缸和纵梁，平衡气缸的一端与纵梁连接，平衡气缸的另一端与铝型材连接。整个往复杆上升下降通过电机带动凸轮摆杆机构实现，前进后退行走部分由铝型材实现，整体重量降低，结构简单，电机通过PLC控制运行，稳定可靠。

往复杆结构如图1所示，往复杆运行原理：举升电机+减速机运行，带动凸轮摆杆转动一定的角度（此角度根据往复杆上升高度设定），拉动纵梁及辅助支撑机构、垂直支撑机构垂直上升，辅助支撑机构剪刀差结构保证垂直支撑机构导轮沿立柱稳定上升，同时保证整条输送线在运行过程中保持垂直上升状态运行，当达到设定上升高度举升电机+减速机停止运行，电机抱闸，水平行走电机+减速机通过联轴器带动齿轮、齿条进行工位间传输，向前运行一个工位长度，电机抱闸，举升电机+减速机翻转，往复杆下降，水平行走电机+减速机翻转，往复杆回到上一个工位。导轮通过X、Y、Z三个方向的限位，保证铝型材上的机构平稳运行，同时输送托架安装在铝型材上。

3 有限元分析

此结构往复杆设计中，主体结构采用了铝型材，其特点结构简洁，安装方便，省去了焊接件加工热处理等繁琐工艺环节，在整体结构上大大的简化，但是铝型材相对于金属Q235A等材料，其性能是否满足，以下在模拟环境中对铝型材负载情况下进行强度及变形量校核。

往复杆在不同车身重量作用下的强度和变形量对比分析，通常白车身三大件合拼后重量范围在180-240kg之间，本次模拟车身重量负载分别为200kg和450kg，在这两种负载下铝型材的变形量与等效应力进行分析比较。

1、将往复杆结构进行简化，保留铝型材及上部托点情况进行校核。

2、分析模型边界条件及加载情况（两种不同车身重量加载）;

3、两种不同作用形式加载情况下的变形量对比;

4、两种不同作用形式加载情况下的等效应力值对比，见图5;

5、计算结果分析

由图3～图4可知，往复杆铝型材在两种不同车身加载作用形式下的等效应力值和总变形量分析结果，详见表1。

从表1数据分析，分别在负载两种不同车身情况下（假设每个车身重量约为300kg，并均匀施加在每个支撑点），铝型材上的等效应力水平较低，约为15.46～25.39MPa，鋁型材上的最大应力值均小于材料的屈服强度（约为502MPa），铝型材的强度满足设计要求。

车身重200kg时，铝型材远离支撑区域的最大变形量为1.262mm;车身重450kg时，铝型材远离支撑区域的最大变形量为2.116mm，请对比车件设计定位精度要求，铝型材的形变可满足设计要求。

4 结论