周琦1，张惜君2，周春烨1
（1.江阴职业技术学院机电工程系，江苏江阴214405；2.江苏省江阴中等专业学校机电工程系，江苏江阴214433）
0引言
随着计算机仿真技术的高速发展和应用，采用虚拟样机技术中的有限元分析及仿真手段，验证关键零部件结构设计的准确性和产品性能，已成为一种较为普遍的现代机械设计方法。使用三维软件完成零部件的结构造型设计，在此基础上模拟零部件在设备运行中的运动和受力情况，分析零部件结构设计中可能存在的问题或缺陷，以及在确保设备稳定性和可靠性的前提下开展优化设计，有助于提升设计方案的准确性，缩短设备的研发周期和成本[1]。 大规模失常性武器激光切割作为激光加工技术中的一种重要应用技术，运用于集成电路芯片封装生产中的管脚溢料去除，相较于传统的模具冲裁和高压水喷淋技术，具有溢料去除率高、去除工艺简单和去溢料后芯片品质好等显著特点。项目组研发的全自动激光去溢料机，针对集成电路发展的小型化、多排和超薄等特点，采用激光切割技术实现芯片管脚溢料的完全快速切割，使得芯片管脚的零溢料成为可能，大大提高了产品品质和生产效率。
本文针对全自动激光去溢料机中物料抓取机械爪的推料板零件开展有限元优化研究，通过使用SolidWorks软件对该零件进行静应力分析以优化其结构尺寸，并再次通过应力分析验证优化结果，以此保证零件设计的准确性和合理性。
1推料板的三维造型设计
推料板零件属于物料抓取机械手的核心零件，集成电路由机械手的4个爪子在气缸的驱动下抓紧输送到指定位置后，推料板的作用在于将集成电路从机械手的爪子中取下推送到上料输送轨道。对于该零件结构的设计，考虑到全自动激光打标机的打标对象为不同规格集成电路，以及由此确定的机械手移动间距和机械手的推送距离，初步设计推料板的长度尺寸为200mm、宽度尺寸为40mm，而其高度尺寸即为本次研究的优化对象之一。
根据推料板在物料抓取机械手动作的过程中，确定推料板在机械手的定位与固定方式，通过螺钉将其连接在机械手的活动支架上，同时为了避免推料板与集成电路表面直接接触而造成不必要的磨损，在该板的下表面设定4个均布的短支柱与集成电路板上芯片间距一致，机械手对于集成电路的推料动作，由机械手的主气缸动作控制的直线光轴推动完成，因此在推料板的对应位置须设计一对直径比光轴大1mm左右的光孔，以便于光轴顺利推动集成电路。采用SolidWorks软件对该零件进行三维造型设计，完成后的推料板三维模型如图1所示。
摘要：通过采用SolidWorks软件对推料板零件的静应力分析，发现该零件的结构强度远大于使用要求。对其进行优化改进，优化后的推料板零件仍能满足设备要求，质量减轻了26%。结果表明，采用有限元优化的方法能够在保证零部件的结构强度和性能的前提下，有效地降低机械零部件的研发周期和生产成本，同时也为后续全自动激光去溢料机中其他零部件的设计研发提供了一定的参考和依据。
关键词：SolidWorks；推料板；有限元分析；优化
中图分类号:TP391.7文献标志码:A文章编号：1002-2333（2021）03-0119-03 Structural Optimization of Pusher Plate Based on SolidWorks Software
ZHOU Qi1,ZHANG Xijun2,ZHOU Chunye1
（1.Department of Electrical and Mechanical Engineering,Jiangyin Polytechnic College,Jiangyin214405,China;
2.Department of Mechanical and Electronic Engineering,Jiangyin Secondary Vocational School of Jiangsu Province,Jiangyin214433,China）Abstract:Through the use of SolidWorks software to analyze the static stress of the pusher part,it is found that the structural strength of the part is far greater than the use requirement.After optimization and improvement,the optimized pusher parts can
still meet the equipment requirements,and the quality is reduced by26%.The results show that the use of finite element optimization method can effectively reduce the research and development cycle and production cost of mechanical parts while ensuring the structural strength and performance of the parts,and it can also help other parts in the subsequent automatic laser deburring machine.The design and development of components provide a certain reference and basis.
Keywords:SolidWorks;pusher plate;finite element analysis;optimization
基金项目：2020年江阴职业技术学院院级科研课题“全自动
激光去溢料机的设计”（XJ2020LG002）
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网址：www.jxgcs电邮：*******************2021年第3期
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图3优化后的推料板三维模型
（a ）应力图图4优化后零件应力、位移和应变图
（c ）应变图
（b ）位移图
图2推料板有限元模型音乐什么时候传入中国
（a ）应力图图3推料板的应力、位移和应变图
（c ）应变图
（b ）位移图
图1推料板三维模型
2推料板的静应力分析
现代机械设计中在保证零件强度和刚度的
前提下，对所设计的零部
件采用虚拟样机技术改进其结构布局，保证物理样机验证中的准确性的同时缩短产品研发周期，较好
地降低研发成本[2]。针对设计的推料板零件，在SolidWorks 软件中对其进行有限元分析，在保证其强度和刚度的前提下开展优化设计，再次通过分析验证优化的准确性，能够较好地提升产品设计的效率，具体过程如下：
1）定义材料展性。选择推料板零件的材料为AISI1020钢，查表导出得到材料密度ρ=7900kg/m 3，弹性模量E =200GPa，泊松比μ=0.29，屈服强度σs =352MPa 。
2）设定约束条件。推料板在自动送料机构中的作用主要是在机械爪抓取集成电路板搬运至指定位置后在保证位置精度的前提下将其推送至输送带，因此设定推料板上与推杆连接的孔为约束位置。
3）施加载荷。推料板的运动比较简单，即在气缸的作用下作直线往复运动，因此作用在其上的作用力主要是由气缸产生的推力，设定作用于推料板上的推力为185N 。
4）推料板的网格划分。设定采用自由网格划分形式，且允许网格自由过渡，划分后的模型单元数为58099个，通过以上4个步骤即可完成推料板
零件的有限元模型构建，建立完成的推料板零件有限元模型[3]如图2
所示。在此
基础上进行零件的静应力分析计算，得到如图3所示的应力、
位移和应变图。
对于推料板所受的静应力，由于其承载较轻，察哈尔
使推料板
所受的应
力较均匀且远远小于作用材料的屈服强度，最大位移发生在3个推杆机的中间位置，其值为3.56×10-7mm 。由此可以看出，项目组设计的推料板零件强度和刚度远远能够满足设计使用要求，从减轻零件质量和节约成本的角度出发，可以考虑在不影响使用性能的前提下对该零件进行结构优化设计。
3推料板的结构优化设计
由以上推料板的应力和位移图分析发现，推料板零件的结构尺寸强度冗余，可以对其进行优化改进，从该零件的结构尺寸而言，推料板的长度和宽度由于集成电路尺寸而不能进行优化，只能对其厚度、强度和安全系数进行优化[4]。通过对该零件的应力和位移图分布的分析，推料板的总体结构强度的安全系数远高于设备的使用要求，对于零件结构中应力和位移影响不大的区域，可以考虑通过减轻质量的方式进行结构优化，按照该优化的思路，考虑在推料板两侧的中间位置各增加一个倒角的方形孔，以此在不影响使用强度的前提下减轻零件的结构质量[5]。同时，通过设定该零件的安全系数为2.5，以
厚度为变量进行基于有限元分析的优化，得到了推料板零件的最优厚度为11.9785mm ，选择圆整后的厚度尺寸12mm 。
参考优化前的推料板有限元建模过程，再次构建如图3所示的优化后有限元模型，新模型共有67778个单元，自由度数为319179，节点数为106987。通过Simulation 模块仿真得位移和应度图如图4
所示。
从图4中可以看出，通过对结构优化后推料板
零件的再
次有限元优化后推料板零件总体质量
降低了26%，所受最大应力值为3.543MPa ，较优化前增加
约1倍，但
仍低于该
零件材料的屈服强度，可以忽略不计，最大位移发生在推杆孔的中间位置，其值为1.47×10-5mm ，对
物料抓取机械手的动作过程与精度不会造成影响，优化后的推料板结
（下转第125页）
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（上接第122页）
构能够满足设备的使用要求，相较于设备的运行精度而
言远远满足其使用要求，优化结果可行。综合以上分析，本次结构优化在保证零件强度和刚度的前提下，减少了零件的质量，降低了生产成本。4结语
本文通过使用SolidWorks 软件的Simulation 有限元分析功能，对全自动激光去溢料机中的推料板零件在静应力分析的基础上进行结构优化改进，以达到在保证设备使用性能的前提下降低零件的生产成本，并对改进后的推料板零件再次进行强度验证。
结果表明，通过对设计完成的零部件进行以有限元分析为基础的结构优化，能够在保证零件强度的前提下，有效地减轻其质量。该方法的使用可以较好地优化全自动激光去溢料机中关键零部件的质量，从而降低零部件乃至设备的生产成本。[参考文献]
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（编辑马忠臣）
作者简介：周琦（1981—），男，硕士，副教授，研究方向为机械创新设
计、虚拟制造。
收稿日期：2020-07-24
效果。3结语
倾听文字的声音
本文通过对牙嵌式电磁离合器的基本描述，明确了离合器的零部件组成、工作原理及其在阀门行业的应用。并选取了LHQ-1600型号的牙嵌式电磁离合器，对其基本参数进行了确定并对其强度进行了计算，验证了其设计的合理性。通过对影响离合器转矩传递的参数进行了分析，并在对减小齿形半角后其所能传递转矩进行计算后发现，当齿形半角减小了20%后，其所传递的转矩增加了59.37%，减小齿形半角对于提高离合器的传递转矩有着非常显著的效果。这对后续的产品改进提供了重要依据。
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（编辑马忠臣）
作者简介：张静（1987—），男，本科，工程师，主要从事阀门设计及新
s22053产品开发工作。
收稿日期：2020-08-04
定采用哪一种传动方式，然后确定主动轮数量、加/减速度数值，最后根据相关参数计算所需传动电动
机功率，进而选定传动电动机。若通常传动方式无法满足工况需要，可以考虑采用链轮链条辅助传动或齿轮齿条辅助传动，甚至可以考虑采用液压缸直接驱动小车行走。在设计过程中，设计者可以根据工况灵活选择传动方式。
[参考文献]
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版社,2003:68-92.
（编辑邵明涛）
作者简介：王明龙（1981—），男，硕士研究生，高级工程师，从事冶金
设备设计研究工作。
收稿日期：2020-08-18
车轮
轨道
齿条
齿轮
图4钢卷小车齿轮齿条辅助传动结构示意图
车轮轨道液压缸
图5液压缸驱动钢卷小车传动结构示意图
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