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基于有限元分析的液压机上横梁结构改进设计(2)

作者:佚名 来源:网络收集 2011-3-21

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针对某型号锻压机床在工作过程中的不稳定问题进行分析,改进设计方案,达到增强锻压机床上横梁的结构稳定性以及减轻其重量的目的。采用有限元分析模式及ANSYS-Workbench软件,对锻压机的上横梁进行静态有限元分析,得到应力和应变分布云图及应力集中和最大变形的位置。根据分析结果进行强度校核和结构改进,再次进行有限元分析,验证改进的可行性。比较两次分析结果,达到了减小上横梁横向变形差,即增强稳定性的目的,以及减轻了上横梁的蕈量。

  图5 应变分布云图

  2 上横梁结构改进

  2.1 改进方案

   进行了锻压机床上横梁结构分析后,可以得到以下改进方向:(1)整体的变形和应力值比较小,对于材料的利用不够充分,可以对某些板件进行适当的减薄,但是必须要保证安全系数,这样可以节约材料,降低企业的生产成本;(2)主要技术参数上横梁两端与中间的变形差按照企业的要求不能放大,即要求在减薄板件的同时要考虑添加一些结构,使整体重量减小的目标达到的同时,上横梁横向变形差不能增大,若能做到减小就能进一步提高锻压机床的稳定性和精度。

   针对上述特点,即锻压机床上横梁前后弯曲小,左右弯曲大,所要考虑的也是左右弯曲导致的中点与两端变形差。可以减薄前后方向(Z-Y)布置的板件,而左右方向(X-Y)布置的板件不予改变甚至可以加强。上横梁板件减薄必须符合工艺要求,因此采用以10mm为单位进行减薄,具体如下(图6):

   (1)1003-7板件由50mm减薄到40mm;1003-8板件由40mm减薄为30mm;1003-11板件由60mm减薄为50mm;(2)除了减薄板件外,还设计了一个减小上梁横向变形差的结构,即在上梁与立柱之间添加一个加强筋的结构(图7)。

基于有限元分析的液压机上横梁结构改进设计(2)

  图6 上横梁减薄板件

基于有限元分析的液压机上横梁结构改进设计(2)

  图7 添加的加强筋结构

  2.2 改进后上横梁的有限元静力分析

   对改进后的上横梁模型进行有限元分析,可以得到应力和变形分布云图(图8)。其中最大应力强度为174MPa,根据上横梁所用材料,虽然在减薄板件后最大应力增加,但所受的最大应力强度小于许用应力,仍在材料强度安全范围内。上横梁最大变形量为0.8mm(图9),通过增加加强筋后上横梁变形量差减少,既达到了企业在机构重量减小的同时,又使得上横梁横向变形量差减小的目的。

  3 结语

  图8 优化后上横梁应力分布

基于有限元分析的液压机上横梁结构改进设计(2)

  图9 优化后上横梁变形

   完成了结构改进后,将修改好的三维实体模型再次导入ANSYS Workbench软件中进行有限元分析。与改进之前比较,最大应力虽然有所增大,但在材料的安全使用范围内,安全系数也均满足要求。在减薄部分板件和添加加强筋结构后,上横梁横向的变形量差由初始的0.45mm减少到了0.38mm,满足企业提出的提高加工精度的工作需求。上横梁的重量从改进前到改进后降低了3%。整体上取得了既减轻机身重量,又减小了上横梁变形差的显著效果,同时也提高了强度和刚度,为机身结构的合理设计与改进提供了可靠的理论依据,改进设计方案效果良好。本文的分析思路和方法有较大的通用性和工程实践价值。在企业实际的工程应用中取得了比较明显的经济效益。

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