雙節(jié)距齒形輸送鏈工作鏈板的有限元分析

摘 要 雙節(jié)距齒形輸送鏈?zhǔn)且环N新型的輸送鏈條，本文利用Solidworks軟件創(chuàng)建了其工作鏈板的三維模型，并對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，得到了工作鏈板的應(yīng)力分布云圖，結(jié)果顯示，雙節(jié)距齒形輸送鏈鏈板的最大應(yīng)力發(fā)生在胯部與工作齒交界處，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銷軸孔處應(yīng)力，應(yīng)力分布不合理；將胯部高度調(diào)整至于銷軸孔心平齊時，胯部與工作齒交界處應(yīng)力與銷軸孔處應(yīng)力基本相等，應(yīng)力分布合理，有效增強了鏈板的使用能力。

關(guān)鍵詞 雙節(jié)距齒形鏈 鏈板 有限元 應(yīng)力分布

中圖分類號：TH132.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

雙節(jié)距齒形輸送鏈?zhǔn)且环N新型的，為了改善傳統(tǒng)的雙節(jié)距滾子輸送鏈和標(biāo)準(zhǔn)齒形輸送鏈的單位長度質(zhì)量大、振動劇烈、磨損嚴(yán)重等問題而提出的，其兼具標(biāo)準(zhǔn)齒形鏈高速、重載、低噪聲的優(yōu)點以及雙節(jié)距滾子輸送鏈單位長度質(zhì)量輕的優(yōu)點。研究表明：其與標(biāo)準(zhǔn)齒形鏈相比單位長度質(zhì)量降低了30%左右，且噪聲與雙節(jié)距滾子輸送鏈相比降低了4 dB以上。由于雙節(jié)距變節(jié)距齒形鏈的這種優(yōu)勢，其必將在工程輸送領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

本文利用Solidworks軟件創(chuàng)建了雙節(jié)距齒形輸送鏈工作鏈板的三維模型，并對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，得到了其應(yīng)力分布，并對其胯部高度進(jìn)行修改，使得應(yīng)力分布更加合理，為雙節(jié)距變節(jié)距齒形輸送鏈的設(shè)計提供指導(dǎo)依據(jù)。

1鏈板結(jié)構(gòu)設(shè)計

雙節(jié)距齒形輸送鏈主要由工作鏈板、邊板、導(dǎo)板以及銷軸構(gòu)成，其中工作鏈板與鏈輪嚙合傳遞運動和動力，其結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖如圖1所示。

2 1—對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)齒形鏈的齒形角

2幾何模型創(chuàng)建

采用節(jié)距P0=25.4 mm的雙節(jié)距齒形輸送鏈進(jìn)行分析。利用Solidworks三維軟件零件模塊里的拉伸凸臺基體功能，創(chuàng)建工作鏈板的三維模型，如圖2所示。

3有限元模型的創(chuàng)建

利用圖2的三維模型，打開Solidworks的Simulaton插件對該模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析。

3.1 模型簡化

為了更加精確快速的計算工作鏈板的應(yīng)力分布情況，有必要對模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?，工作鏈板簡化后為對稱結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

3.2 約束條件及載荷設(shè)置

為簡化后的模型添加夾具，如圖3所示，在面1上添加對稱夾具，在面2上添加平面約束夾具，設(shè)置法向位移為0 mm。在面3上添加壓力載荷20 Mpa。

3.3 網(wǎng)格劃分及求解器設(shè)置

對添加好約束與載荷的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分如圖4所示，其中模型整體采用中等網(wǎng)格大小進(jìn)行劃分，之后采用網(wǎng)格控制功能，對模型面3上網(wǎng)格進(jìn)行適當(dāng)細(xì)化。

在運行仿真程序之前，需要對仿真程序的求解器進(jìn)行設(shè)置啟用“使用軟彈簧使模型穩(wěn)定”功能。運行仿真程序，得到結(jié)果。

4仿真結(jié)果分析

如圖5所示為求解得到的在20 Mpa作用下，工作鏈板的應(yīng)力分布模型。其應(yīng)力分布情況如下，胯部與工作齒交界處最大，銷軸孔處其次。其中，最大應(yīng)力為231.978 MPa，遠(yuǎn)大于銷軸孔處的170.118 Mpa，為提高工作鏈板的使用能力，有必要對工作鏈板胯部就行強化，以減小該處應(yīng)力與銷軸孔處應(yīng)力的差值。

如圖6所示，將胯部高度降至銷軸孔心時，得到，最大應(yīng)力發(fā)生在銷軸孔處為197.377 Mpa，胯部與工作齒交界處其次為185.322 Mpa，且兩處應(yīng)力大小基本相等，可以有效增強工作鏈板的工作能力。

5結(jié)論

以P0=25.4mm的雙節(jié)距齒形輸送鏈為例，利用Solidworks軟件創(chuàng)建了工作鏈板的三維模型，利用Solidworks/Simulation對工作鏈板進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析。結(jié)果表明：現(xiàn)有設(shè)計方式，工作鏈板應(yīng)力分布不合理，最大應(yīng)力發(fā)生在胯部與工作齒交界處，銷軸處應(yīng)力次之，且兩處應(yīng)力差值較大，應(yīng)力分布不合理；修改模型，將胯部高度降低至于銷軸孔平齊，得到應(yīng)力分布更加合理，能有效提高工作鏈板的使用能力。本文研究成果將為雙節(jié)距變節(jié)距齒形輸送鏈的設(shè)計提供指導(dǎo)依據(jù)。

基金項目：河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項目（QN2015196）。

作者簡介：王文成（1985-），男，河北滄州人，承德石油高等?？茖W(xué)校機械工程系講師，博士，主要研究方向：高速鏈傳動技術(shù)理論及應(yīng)用等。

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