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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，傳統的機械式機構原理簡單，目前得到普遍的應用。隨著市場經濟的發展，硫化機行業內的市場競爭也日趨激烈。為在激烈的市場競爭中求生存、求發展，采用先進的機械產品設計技術，提高產品質量，降低生產成本，進而提高產品的市場競爭力，成為國內各主要硫化機生產廠家的迫切要求。
為此，對某機型的機械式硫化機的主要構件進行基于三維模型的有限元分析，實現產品的結構優化設計，解決產品結構剛度、強度等靜力特性與產品重量、造價等設計可用資源間的矛盾，以達到降低成本，提高產品質量和經濟效益的目的。
傳統的設計計算方法主要是依據材料力學理論，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。由于在設計中往往忽略了加強肋板、開孔等結構，因此計算模型與真實結構有一定差距，具有一定的局限性，不能獲得結構局部的具體應力值，不利于對結構進行優化。而解決此問題則正是有限元技術的優勢所在。
本研究利用I-DEAS軟件，結合傳統設計方法，對硫化機橫梁進行有限元分析，在此基礎上優化結構，從而改善結構應力分布及變形狀況，降低生產成本。
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。由于其結構對稱，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部分的應力情況，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，但不能分析接觸區附近的應力分布情況。
經過計算，得到某型橫梁分析結果如下：如圖所示，橫梁腹板上最大mises應力值222 MPa，位置在開孔的外側下角。由于受彎曲應力和剪應力的影響，在端板和肋板之間的腹板部分應力較大且分布范圍較廣，其mises應力值在100~180 MPa之間。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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