基于Solidworks旋耕刀实体建模与有限元分析

0 引言

    旋耕刀作为旋耕机的重要部件，一直是旋耕机设计者研究的主要内容。旋耕刀是旋耕机的主要部件和易损件，其产品质量对旋耕机的耕地质量、工作可靠性和功率消耗等重要指标影响很大。因此，提高效率、降低功耗是旋耕刀设计的两个主要目标。随着科学技术的发展，旋耕刀的设计研究手段也发生了变化，数字化设计技术已逐步被引用到旋耕刀的设计制造领域。

    运用对旋耕机的旋耕刀的有限元研究分析有利于改善对于旋耕刀的设计，从而更好地提高旋耕机的效率。本文利用的插件Simulation进行旋耕刀的有限元分析。对旋耕刀模型进行基本的简化处理后，在正切刃处施加法向均布载荷、载荷以及约束信息。

    在网格划分时，结合局部细化功能并考虑应力集中的影响，在刀尖、刀根部联接等刀具曲线突变处采用手动控制单元尺寸，在应力集中处以及重要的地方使用较密的网格，其他地方尽量使用较稀的网格，在插件Simulation中进行有限元分析得到分析结果。

1 旋耕刀实体建模

    随着科学技术的发展，数字化设计技术已逐渐被引用到旋耕刀的设计制造领域，运用三维软件进行刀具的实体建模与力学分析是设计研究旋耕机的一个重点。在传统设计的基础上，针对于已知刀具各部分曲线方程以及各部分参数对旋耕刀进行建模。

    旋耕刀作为农业中的常用标准件早已批量生产，现在市场供应的旋耕刀有各种类型，其参数尺寸如图1和表1所示。

图1 旋耕刀形状及参数示意图

表1 2种刀型尺寸参数

    1.1 绘制旋耕刀刃曲线

    目前国家标准仅推荐侧切刃，曲线采用阿基米德螺线，即

R=Ro+kθ

    式中Ro——刀刃的起始半径：

    k——比例系数。

    阿基米德螺线计算简单，制造方便，国产系列旋耕刀以及日本工业标准(JIS)所采用的3种类型刀片都属于阿基米德螺线。国标旋耕刀和斜置旋耕刀的参数如表2所示。

    在AutoCAD运用AutoLISP编程获得阿基米德螺线。AutoLISP编码如下：

表2 国标旋耕刀和斜置旋耕刀的参数

      1.2 运用对旋耕刀实体建模