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机械设备机架的有限元分析应用

发布于:2016-03-10 19:11
有限元分析

      为了提高有限元分析的效率,必须考虑载荷因素,对实际结构进行合理简化,保留能够反映工程结构特点的主要特征,省略对分析结果影响很小的次要特征。在工作载荷较小的部位,将模型中的一些工艺结构如凹槽之类予以省略,对于倒角、螺钉孔、螺栓孔、小圆孔、定位销孔、对整体刚度影响的小孔均不考虑;保留可能对整体刚度造成影响的结构如:左挡板55*145方形通孔、右挡板通孔、中件通槽与方形通孔等;将双头螺杆拉杆简化为台阶轴。
      由分析可知,机械设备机架受到的载荷有:轧制力,作用于左挡板右侧和右挡板左侧并相互平衡;主轧制扭矩,由主电机传递给主轴最终作用于机架;进给扭矩,由安装在右挡板右侧的进给电机传递给滚珠丝杠并传递给滑块、导轨、中件,最终在机架内部平衡。
      G56U90型数控精密冷辗环机设计额定轧制力为65000N,最大轧制力为100000N。按同步转速1500r/min,功率11Kw主电机额定负荷计算,主轧制扭矩为650.7N.m。进给电机采用滚珠丝杠传递动力给滑块,其扭矩更低。
      因此,可以忽略主轧制扭矩和进给扭矩两个载荷的作用,同时忽略重力的影响,只考虑轧制力对机架的作用。通常情况下轧制力为0~65000N,极限情况下为0~100000N。轧制力变化缓慢,可以看作静载荷处理,按照额定工况65000N分析。
      机架在用拉杆连接时,左挡板1、右挡板4、中件6、前拉杆套3、后拉杆套2会受到预紧力的作用,使螺栓在受工作荷载之前有个伸长量,机架各部位因3个拉杆预紧而产生应力与应变,这个过程称为预紧。预紧的作用在于增强连接的可靠性和紧密性,以防止受载后被连接件间出现缝隙。
      杆套与中件的收缩量都远远小于拉杆伸长量。因此,近似取各拉杆右端面与右挡板右侧面在预紧时的相对位移等于0.564mm。总预紧力略小于4*133900=535600N,远远大于最大设计轧制力100Kw。
      根据实际载荷与工作条件,设置边界约束和载荷如下:边界约束:1.考虑到中件固定在机床底座上,设置中件底面F方向位移为0;2.设置右挡板与3个螺母接触元环面G向位移为0,同时设置拉杆G向位移为0.564mm。
      载荷:轧制力作用于左右挡板为均布力,合力为0。分别取值为0、20、40、60、65、80、100Kw进行分析。左挡板承载面为矩形截面,面积为0.057mm,右挡板承载面为元环形截面,面积为0.002346mm2


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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