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剪切机机架应力变形的有限元分析

发布于:2016-07-24 22:23
有限元分析

      针对剪切机机架的各部分应力变形未知的现实,采用计算机辅助工程(CAE)AppANSYS对机架进行了三维应力有限元分析,找出了其薄弱环节,并用实验方法对分析结果进行了验证。
      图为机架整体图,为了精确揭示机架的应力、变形情况,在建模时,考虑到机架的结构具有对称性,虽然结构的受力不完全对称,但在传动侧的右半片机架的受力大些,所以在对结构进行有限元分析时,只分析受力比较危险的右半片机架。因为结构比较复杂,所以采用20节点的三维实体单元SOLID95进行剖分,模型共划分14407个单元、23649个节点,如图。机架的材质为HT15-33,其弹性模量为120000MPa,泊松比为0.25。
      如图所示,机架受力为:曲轴传给机架的力(P1x、P1y)、螺栓对机架突出部分的压力(P2)和剪切力通过下刃台传给机架底座的压力(P3)。其中,曲轴对机架的作用力按均布载荷施加;螺母对机架的压力和剪切力通过下刃台传递给机架底座的压力都是按均布载荷施加。
      由于机架底座是用螺栓固定在地基上,不产生移动和转动,所以底座按全约束处理;机架沿z轴方向左右对称,所以对称断面的z方向的位移被约束。
      以剪切材质为SS400的被剪切件为例进行机架的三维有限元计算和分析,最大剪切力的数值按94189.5N输入(由实测得出),而经过曲柄连杆系统及曲轴折算出的P1x、P1y、P2、P3的值如下:
      机架的第一主应力基本上都为拉应力,即e1>0,只有在机架底座上几处出现第一主应力为负(e1<0)的地方,即为压应力,但其值非常小,最大值为6.093MPa,如图,第一主应力的具体分布规律如下:
      (1)立柱上第一主应力分布规律 立柱右侧第一主应力沿y轴正方向逐渐减小,机架与凸台连接处附近,第一主应力又有所增加,但最大的第一主应力出现在立柱与底座的相交处,其值为63.326MPa,远远大于最大压应力的值6.093MPa,对于铸铁这样的材质是非常不利的;沿立柱的左侧第一主应力的值基本上不变,只是在立柱与底座的相交处出现了压应力。
      (2)顶盖上的第一主应力分布规律 顶盖上受力既有拉应力,也有压应力,但其数值都是比较小的,处于相对安全情况。
      (3)底座上的第一主应力分布规律 底座上的受力既有拉应力,也有压应力,而且在与立柱相交处的应力值较大,该处比较危险,但其值仍小于立柱上最大受力处的值。


                                                                                  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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