Page 99 - 《橡塑技术与装备》2021年11期（6月下半月橡胶）

测试与分析 张正罗 等·机械式轮胎硫化机结构有限元分析

1.2 硫化机各部件材料选用 硫化机不同部件选用相应的工程材料。核心结构件选
在设计过程中根据机械式轮胎硫化机实际工况， 用的材料及其参数如表 1 所示。

表 1 材料参数表
.
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零件名称 材料 密度 /(kg m ) 弹性模量 /GPa 泊松比
横梁 45 7 890 209 0.269
底座 Q235-A 7 850 206 0.3
连杆 35 7 850 206 0.3
主轴 35CrMo 7 900 208 0.3
调模丝母 ZCuAl10Fe3 8 200 103 0.3
上、下蒸汽室本体 GR485(SA-516M) 7 850 202 0.3
下轴套 ZG28NiCrMo 7 800 202 0.3
曲柄齿轮 35CrMo 7 900 208 0.3
调模螺柱 WCC 7 800 202 0.3
法兰螺母、托板 ZG310-570 7 800 202 0.3

1.3 接触条件设定 所示。
根据机械式轮胎硫化机实际工况，硫化机主体结
构采用 Bonded 连接。对于可能出现相对运动的位置，
采用 Frictional 接触方式，设置摩擦系数为 0.2。
1.4 网格划分
网格划分采用自由网格划分方式，对易出现高应
力的区域以及具有细小特征的部件做网格细化处理。
共划分的网格节点数为 541 365 个，单元数为 282
999 个。网格划分结果如图 2 所示。
图 3 模型载荷及边界条件定义图

2 结果分析
机械式轮胎硫化机整机的变形及应力云图如图
4 所示。从图 4 可以发现硫化机最大变形量为 6.014
6 mm，最大变形区域位于上蒸汽室 ；最大应力为
386.48 MPa，最大应力位置位于曲柄齿轮区域，最大
变形量未超过硫化机设计许用标准，同时最大应力值
远低于曲柄齿轮材料屈服强度。
横梁、底座、下轴套、托板、上、下蒸汽室本体
是机械式硫化机的重要组成部分，也是核心受力部件，
为了进一步分析整机结构的稳定性，判断容易出现失
图 2 硫化机整体网格划分图
效的部位，选取关键零部件进行工作状态下的应力分
1.5 载荷设置与边界条件定义 析。如图 5 所示，横梁处最大应力位置位于顶面孔内
载荷大小、施加位置以及边界条件根据硫化过程 壁区域，最大应力值远低于材料屈服强度，横梁为安
中的工艺参数进行设定。硫化过程中上、下硫化室组 全部件。底座应力集中位置位于底座与曲柄齿轮接触
成的腔体内需充入 0.93 MPa 的蒸汽，因此在托板上、 区域，同时底座中心肋板处出现应力集中，但应力值
下表面，上、下蒸汽室本体内表面四个面上施加 0.93 普遍较小，底座最大应力值低于材料屈服强度，底座
MPa 的压力。根据合模力要求，在托板筋板下表面和 为安全部件。托板处应力分布较为均匀，最大应力位
下蒸汽室本体筋板上表面施加 6 500 kN 的作用力。除 置位于小孔区域，最大应力值低于材料屈服强度，托
此之外，对所有部件施加重力载荷，底部支撑面的自 板为安全部件。连杆下轴套最大应力位置位于轴套内
由度施加全约束。施加载荷和边界条件的模型如图 3 壁与连杆接触区域，最大应力值远低于材料屈服强度，

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