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72MN自由锻造水压机有限元分析

作者:佚名    发布时间:2020-01-06 17:00     浏览次数 :


  72MN自由椴造水压机是我公司目前开发的最大吨位椴造压机。虽然压机结构形式仍采用传统的三梁四柱结构,但是在压机的预计方式上我们摒弃了传统的半预紧结构,而是采用整体预紧结构。整体预紧结构的优点是高刚性、节省材料。但整体预紧结构存在一些问题,其中突出的问题在于压机受载后,由于梁的穹曲变形会在立柱一一横梁结合面出现缝隙,卸载后恢复,产生撞击。长期使用将导致早期失效。研究压机本体的整体性也是本文研究的内容。传统的液压机本体结构设计长期依赖材料力学的方法,这种设计方法具有很大的粗放性。虽然能够保障压机本体的力学性能,但是往往由于条件简化的因素或者安全系数选的过大,导致设计出来的压机本体过于笨重。随着时代的发展,该设计方法逐渐被淘汰。越来越多的设计者采用有限元方法来解决压机本体的设计计算。上世纪70年代后期,有限元法引入到液压机缸、梁、柱的结构分析中。随着计算机性价比和三维造型软件与有限元分析软件商品化程度的提高,全三维设计、分析与仿真己成为现代机械产品设计的主流手段。本文应用Solidworks软件建立72MN自由椴造水压机上横梁、立柱、拉杆、活动横梁、下横梁的实体模型,并且装配成整体机架模型,导入AnsysWorkbench,建立本体机架的三维有限元模型进行三维弹性接触分析。进而可以看出本体的整体受力状态和关键部件的受力状态,为本体结构方案的制定提供科学依据。

  2整体机架的建模和分析21三维模型的建立何模型立要包括上横梁、立柱、拉杆、活动横梁、下横梁,为了便于分析,对几何模型进行简化处理。

  2.2有限元模型的建立根据设计方案,适当简化,建立实体模型。该模型由上横梁、下横梁、工作台、螺母、砧座和其它辅肋件组成。在不考虑偏载条件下,根据载荷和结构的对称性,取实体模型的1/4部分建立有限元分析模型。上横梁、下横梁、工作台、立柱、砧座材料为ZG25Mn,拉杆材料为35CrMo其具体性能参数见表1.为了提高计算精度,在网掐划分时把单元尺寸设定为01m,这样就将整个模型共划分为242341个单元,443227个节点,其主要部分的单元和节点数见表2.23载荷和边界条件在对称面上施以法向位移对称约束;4倍公称压力的1/4);在下砧座上表面上均匀施加18MN(或公称压力的1/4)的工作载荷;载荷分配如表3所示。

  2.4整体机架计算结果和分析机架在各载荷步的等效应力和总位移如下,整体模型在第一载荷步的最大等效应力为226.72MPa,第二载荷步的最大等效应力为288.93MPa均出现在螺母与上横梁接触面,其余部分的等效应力均小于100MPa;整体模型在第一载荷步的最大总位移为8.192mm,第二载荷步的最大总位移为7.663mm,预紧力单元附近总位移很大是由于ANSYS内预紧力的加载方式所致。

  由以上分析可得,72MN椴造水压机模型的总体强度和刚度都比较高,符合设计|需要。

  2.5机架整体性计算结果和分析上横梁和立柱在最大72MN力时未出现了开缝情况。

  在上横梁和立柱的结合面处在72MN载荷作用下,存在残余接触面压,从而保证了在结合面处不开缝。

  缝隙状态图中可以看出,红色代表缝隙为零的区域,红色覆盖了全接触面。说明结合面未出现开缝。

  3结论通过对72MN椴造水压机有限元分析,我们可以得到如下结论。

  (1)通过建立三维模型后导入有限元分析平台进行接触分析,非常形象直观的反应出压机的真实力学参数。相比较手工计算快捷,方便,准确。

  (2)组合机架整体性分析,手工计算是非常近似的,只能计算出预紧力不足因素引起的开缝状态,而不能计算出穹曲性因素引起的开缝状态。而有限元计算可以很好的解决这个问题的。

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