ZJ17卷接机卷烟纸补偿伺服装置传动轴的校核

发布于:2021-06-25 11:13:28

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn ZJ17 卷接机卷烟纸补偿伺服装置传动轴的 校核 作者:戴团结 来源:《科学与财富》2016 年第 01 期 摘 要:在 ZJ17 卷烟机卷烟纸补偿装置中,电动机传动轴是伺服装置的核心零件。本文通 过对传动轴进行强度和刚度校核,从而在机械方面保证了伺服装置工作的稳定可靠。 关键词:卷烟纸补偿 伺服装置 强度 刚度 由于 ZJ17 卷烟机原机设计的卷烟纸补偿装置存在故障率高、调节能力不足等问题,我司 采用伺服控制技术对装置进行升级改进,以减少装置的机械故障,提高设备运行稳定性。 改进后的卷烟纸补偿伺服装置与电动机连接的传动轴工作时主要承受扭矩作用,而且启动 时有一定冲击,综合考虑金属特性及装置工作要求,传动轴轴的材料选择 45#钢。传动轴零件 图如图 1 所示。 传动轴的装配示意图如图 2 所示。 一、传动轴的强度校核 改进后的传动轴是阶梯轴,而阶梯轴的轴肩是引起应力集中的危险部位,所以用有限元分 析软件软件 ANSYS 对阶梯轴进行应力集中的有限元分析,以校核传动轴因应力集中导致疲劳 破坏的可能。 在有限元分析软件中,ANSYS 软件最常为用户选用。ANSYS 公司于二十世纪七十年代成 立,ANSYS 软件现在已经是融电磁学、声学、结构力学、热力学、流体学为一体的软件,广 泛应用于机械、汽车、航空航天、石油化工、造船、医学等行业,目前几乎所有的 CAE/CAD 软件均开发了与 ANSYS 的专用接口,实现数据的共享和交换。ANSYS 软件适用于 Windows 和 Linux 操作系统,并同时有 32 位和 64 位两种版本。 校核步骤如下: 1、在 Pro/E 中对传动轴进行建模,建立如图 3 的传动轴实体模型。 2、在 ANSYS 中定义传动轴的材料属性:45#钢,弹性模量 E=2.06× 105MPa,泊松比 μ=0.34,密度为 ρ=7.80×106g/m3。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 3、如图 4-4,采用八节点六面体单元 solid185 对传动轴进行有限元网格划分,共计 50579 个节点,划分 20540 个单元。 4、建立约束并施加载荷(见图 5):轴承处径向位移约束;在输入端面轴向位移约束; 取输入端面一点轴向位移约束;输入端及输出端施加等大反向的扭矩 T=1.013Nm。 5、等效应力分析 传动轴的等效应力如图 6 所示,传动轴的最大等效应力发生在传动轴半径较小的输出端。 Von Misses 应力最大值为 3.685MPa,远小于传动轴材料的许用应力。此外,传动轴的两轴肩 处也是应力集中的地方。 二、传动轴的刚度校核 伺服控制装置中的机械零件,如电动机轴、传动轴、齿轮、联轴器等传动轴,在电动机负 载工作时,都将产生一定的弹性变形。弹性变形的固有频率是装置的阻尼、惯量等结构因素的 函数。机械部分的固有频率对伺服控制装置的性能有一定影响,而把机械传动部分的刚度设计 得比较大,能有效降低结构谐振问题的影响。 改进后的传动轴受弯矩作用会产生弯曲变形,受扭矩作用会产生扭转变形。为了防止轴过 大的变形影响轴上零件的正常工作,要求控制其受载后的变形量不超过最大允许变形量,这就 是轴的刚度要求。为了不使轴因刚度不够而失效,设计必须限制其变形量,即 扰度 y≤[y] ,刚度要求较严的轴[y]= 0.0002L。 在 ANSYS 中对改进后的传动轴变形进行分析(如图 7 所示):传动轴位移矢量最大值发 生在传动轴输出端,位移为 0.409× 10-3mm。变形量微小,不影响传动轴的运转,满足刚度要 求。 三、总结 ZJ17 卷接机卷烟纸补偿装置传动轴的强度和刚度校核,从机械方面保证伺服装置工作的 稳定、可靠。ZJ17 卷接机原来的卷烟纸补偿装置在启动和停止阶段,齿轮之间都存在振动、 冲击现象,传动的*稳较差。改进后的伺服控制卷烟纸补偿装置转速波动小,伺服电动机加速 和减过程无振动、冲击现象,而且除了可在伺服控制器设定基本的加减速度外,还能通过 PLC 编程,设定附加加减速数值和斜率,以在补偿辊处于上下两接*开关位置超过一定时间起作 用,能够对卷烟纸盘纸架制动装置的磨损做出补偿,有效消除启动、卷烟纸切换影响,保持设 备工作的稳定性。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

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