基于SolidWorks的旋耕刀设计与有限元分析(2)_山东solidworks山东代理烟台昭阳网络技术服务有限公司

以微型耕作机械为例，由于微型机旋耕作业时拆去行走轮，旋耕刀既负责旋耕作业又负责微耕机前进行走，所以可认为旋耕刀片承受发动机的全部动力。考虑到旋耕机刀轴沿机身中线左右对称，同时有两把旋耕刀受载，因此旋耕刀受力与发动机功率的关系为：

P——发动机功率，kW；

F——作用在旋耕刀刀尖的载荷；

v——旋耕刀刀尖回转速度；

ω——旋耕刀回转角速度ω=2πn/60；

n——旋耕刀转速，r/min；

R——旋耕刀回转半径；

按常见的微耕机功率P=5kw，旋耕作业时刀轴转速n=300r/min，R=245mm，可得旋耕刀刀尖载荷F=325N。考虑刀尖入土时的冲击影响，取计算载荷

F=1.5×325=487.5N

由于刀具所受实际载荷为作用在侧切刃和正切刃上的分布力，因此为了仿真模型能够更加准确模拟真实的工作状况，在正切刃和侧切刃处施加法向均布载荷，载荷的合力大小为487.5N。

2.3 旋耕刀的静态分析

利用SolidWorks的插件COSMOS进行旋耕刀的有限元分析，目的是分析旋耕刀在工作时的变形和应力大小，校核旋耕刀的强度，进一步优化旋耕刀的结构。

定义旋耕刀的材料为合金钢，其基本参数如表1所示，在正切刃和侧切刃处施加法向均布载荷，同时在刀柄的通孔处施加固定约束，载荷、约束的基本情况如图4所示。

表1 旋耕刀的基本材料特征

图4 旋耕刀有限元网格及载荷

对旋耕刀进行网格划分(图4)，单元数53494个，节点数82803个。利用COSMOS软件对旋耕刀进行静态分析，结果如图5-7所示。

图5 旋耕刀的应力分析(Vonmises图)

应力分析结果(图5)表明：旋耕刀受力最大值发生在刀柄与刀背曲线过渡的部位，最大载荷为43.8MPa，远低于材料的许用应力值，说明旋耕刀结构有较大的优化空间。应力较大值发生在刀柄连接孔附近，表明旋耕刀的断裂首先发生在刀柄处，在设计时应当注意。

变形分析结果(图6)表明：该载荷最大位移为0.125mm，发生在旋耕刀的刀尖处，表明刀尖处刚度最差，在设计时应当注意提高刀尖的刚度；最小位移为1.000×10-10mm变形比例为171.753。

图6 旋耕刀的位移分布

图7 旋耕刀的应变分布

应变分析结果表明：旋耕刀最大应变为1.535×10-4，发生在刀柄通孔处和刀柄与刀背过渡处，说明此处所受载荷比较大。

3 结论

本文阐述了旋耕刀的基本结构和运动方程，利用SolidWorks软件构建了旋耕刀的三维模型，利用COSMOS有限元分析对旋耕刀进行了应力、变形、应变分析，确定了旋耕刀在作业时的应力和应变分布图，以及变形位移情况。该研究结果为旋耕刀的进一步优化设计提供了理论依据。

基于SolidWorks的旋耕刀设计与有限元分析(2)