某印刷机压架的有限元分析和轻量化设计MaXPowerPLANe（修改稿）.docVIP

某印刷机压架的有限元分析和轻量化设计 Maxpowerplane（simwe会员，上海，E-mail：lunarpyjama@163.com） 摘 要：平压平模切机是印后加工中的重要设备。提高其最大工作速度和模切压力、减轻机器重量对高速自动模切机有重大意义。 模切机内一些零部件如果设计不当，一方面可能会导致严重的结构缺陷和应力集中，而限制机器的工作能力甚至对机器造成损坏；另一方面可能会产生零件强度和刚度上的盈余，造成材料的浪费。因此，有必要对模切机关键零部件的结构形状和应力分布进行研究，并提高模切机的强度、减轻模切机的重量。 活动平台和固定平台应该具有足够的整体刚度和局部刚度，以保证模切压力能够均匀分布在模切材料表面。为了既减轻平台的重量又不降低平台的刚度，本文提出了通过对两个平台的接触表面在模切过程中的应变进行约束来控制轻量化设计中结构刚度的大小的方法，并且经某型号模切机的轻量化设计验证，这种设计方法是可行的。 关键词：模切机 强度 刚度 轻量化 有限元 ABSTRACT Vertical platen die-cutter is important equipment in printing industry. It is meaningful for high-speed automatic die-cutters to increase their working speed and die-cutting force, and to decrease their mass. Improper design of die-cutters may cause serious structural bug and stress concentration, or may cause the surplus of the structure’s intensity and stiffness of some parts. So it’s necessary to strengthen these parts or lighten them. And it is important to investigate the stress distribution of the key components and to study the characteristics of the shapes of the structures. The cutting table and the cutting bar should have enough stiffness so that paper to be die-cut will be uniformly pressed. In the lightening design of the cutting table and the cutting bar, the paper considers that to restrict the strain of their touching surfaces is efficient to keep their stiffness and to assure the uniformity of the die-cutting pressure. KEY WORDS: Die-Cutter Intensity Stiffness Lightening Design Finite Element 1设计概述 某印刷机压架原设计的外形及剖面形状如图1-3所示。穿过压架轴孔的中间轴与孔作紧配合。 图1压架原设计的外形 图2压架原设计的纵剖面图 图3压架原设计的横剖面图 从图中可以看出，原设计主要靠厚度很大的轴承、平板和筋来贡献整体刚度。 要减轻压架重量，有以下几种方案可选： 1. 尺寸优化设计：不改变加强筋原布局，只改变加强筋的厚度、宽度、高度等尺寸； 2. 拓扑优化设计：重新设计压架空间几何结构。 其中第一种方法的设计周期短，也容易实现，但是效果不是很显著；第二种方法设计周期长，但是效果更为显著。 模切机构在模切时，连杆传递压力给轴的两端，使活动平台（压架）压紧在固定平台（机座）表面，从而产生模切压力。 图4 活动平台受力情况 由于轴和活动平台受力后都发生弯曲，而轴的整体弯曲变形相对更大，当模切压力达到最大值时，轴和孔实际上只有局部接触，如图5。这样一来，轴和孔之间就只有三个集中力：F’和一对F，而压架和机座之间的模切压力p则是非线性的接触力。 图5 轴弯曲变形引起接触力的变化情况 模切过程中，压架表面不可能维持平面，模切压力也不可能是均布载荷。模切机的实际操作过程中，往往采用在模切版后面添加垫片