1 前言

機身是壓力機的一個重要部件,所有的零部件都裝在它上面,它在工作時要承受全部工作變形力。因此,機身的合理設計對減輕壓力機重量、增加壓力機剛度、提高零件的加工精度,延長模具的使用壽命等都具有直接的影響。眾所周知,機身占整個壓力機的比重非常大,所以對企業來講,在保證機身強度及剛度的情況下,降低機身的成本已成為至關重要的問題。若按傳統的設計方法進行計算,則不易給出準確的計算結果,且無法了解機身各部位的受力狀態和變形情況。有時雖然增加了機身的重量卻未達到提高剛性或強度的目的,因而造成了材料浪費,并且難以提高產品的設計質量和水平。所以,為了充分利用材料性能,對一個設計者來說采用有限元的方法進行優化設計是非常重要的。隨著CAD/CAM技術的日益普及和應用,用有限元來分析現代鍛壓機械的結構已為工程設計人員所認同,在實際應用中取得了顯著的技術經濟效益。

2 有限元模型的建立

在進行有限元分析之前,按機器功能及載荷情況設計,建立幾何模型,這是成功的前提。這里用三維軟件SolidEdge建立機身模型,然后將生成的模型完整的導人到有限元分析軟件Femap  With Nastran中,從而完成對該機身的有限元分析。

機身為鋼板焊接的框架結構,主要由側板、加強筋、筋板及連接板等焊接而成。由于該機身結構比較復雜,為了便于劃分網格和更好地進行有限元分析,合理建立了機身模型,在建模中,對于明顯不會影響機身整體強度、剛度的部位,如某些螺孔、銷孔、圓角及筋板凸臺等予以簡化?;砟P腿繽?所示。

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3 確立邊界條件與施加載荷

在確立邊界條件與施加載荷時,做了如下簡化和假設:

  (1)機身為一封閉框架,在實際工作狀態下,工作臺面的墊板把來自曲柄滑塊機構的公稱力按均布載荷作用于整個機身的承載面上,其大小等于壓力機的公稱力;床身向上的反力作用于曲軸前后軸承孔處,在此處載荷沿上半圓周中心線按余弦規律分布。

(2)忽略機身的重量(一般機身重量可使危險截面應力降低3%-5%,故偏于安全)、導軌和滑塊間的作用力以及地基對機身的影響,并假設機身與地基接觸為固定約束,即所有節點位移全約束,既要保證消除結構的剛體位移,又要保證不影響床身的正常自由變形。

(3)忽略齒輪嚙合時相互作用的切向力及向心力對機身的作用。由于切向力及向心力作用干齒輪箱內,故其數值相對于公稱力對機身的作用來說是非常小的。

4 定義模型的材料屬性和網格劃分

 機身為鋼板焊接件,材料Q235-A,彈性模量2.le8kPa,泊松比0.29,密度7.8e-6kg/mm3。網格劃分時,模型選用軟件中的線性四節點四面體單元進行自由式網格劃分,即每一單元有4個面,4個節點,每個節點有3個平移自由度,按照受載情況及其結構形狀不同設置不同的單元大小。該機身共劃分的網格數為18811個,網格中節點數為6701?;磧邢拊P腿繽?所示。

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5 計算結果及分析

使用NX  Nastran解算器檢查計算分析質量,使用軟件的后處理器(Post Processing)可以得到機身在受公稱載荷后的等效應變云圖(圖3)和等效應力云圖(圖4)。從圖中可以得出如下結論:

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1)從等效應變云圖中可以看出產生最大變形處在前軸承上端,其位移為0.335nvn,該最大位移符合壓力機的設計要求。其他各處的變形較小,幾乎均在0.05mm-0.27mm,變形均勻分布。

 (2)從等效應力云圖中可以看出應力集中主要在機身左右兩側送料窗口的圓角處、工作臺板下支承板的過渡圓角處和前后軸承孔上、下端。其中前軸承孔上端的最大應力達到47.1MPa,而其他大部分區域應力基本上在8MPa-30MPa左右。設計時取機身綜合許用應力為40MPa,局部應力不超過鋼板的屈服強度200MPa,這是考慮實際工作中機身的強度應留有一定余量和應力分布出現局部不平衡等因素的影響。

 由上面的的分析可看出,該機身在承受公稱力時,其所受的最大應力及應變等均滿足設計要求,并且由圖3及圖4顯示,整個機身受力以及變形比較均勻,并且過渡平滑,所以該機身結構設計是合理的。

6 結論

  通過對該閉式單點壓力機的機身進行有限元分析,可以得出如下結論:有限元分析軟件Femap With Nastran可以準確地計算出機身不同位置的應力以及應變等的分布情況,并根據其在公稱載

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