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全自动液压压机的接触有限元分析

发布于:2016-09-12 18:52
有限元分析

      目前陶瓷全自动液压压机机架的结构型式一般有四种:第一种是上、下横梁为单独的铸件,有两根或四根立柱,立柱需要预紧,预紧的目的是保证压机工作时接触面不出现分离,以提高整机的刚性;第二种是框板式结构;第三种是焊接或整体铸造式框架;第四种是拉杆套筒式结构,该种结构也需预紧,但预紧长度不同。第二和第三种结构型式不需作接触分析,本研究仅对两立柱上、下横梁分立式结构进行详细有限元分析计算,图是所分析的机架局部结构。
      立柱预紧方法一般采用电加热法或拉力千斤顶法,先使立柱产生微伸长,然后旋合大螺母,当立柱降温或千斤顶卸荷后,立柱预紧力就产生了,预紧力大小要保证压机工作时接触面不分离。传统的计算方法是将立柱作为单向拉伸件,预紧力P0和预紧变形以关系为:以PollAE,AE为预紧段抗拉刚度,l为预紧长度。
      本研究按两种模型对压机机架进行力学分析,第一种模型按通常的有限元方法分别对压机机架的零部件、整体进行分析,第二种模型在整机结构上分析预紧螺母与上梁、底座的接触状况,比较两种分析结果,分析是在国产6吨压机基础上进行的。
      压机上横梁是机架的主要部件之一,其工作性能将直接影响整机性能。载荷分析:上横梁载荷是通过法兰螺栓作用在上横梁上表面,按公称压力四分之一计算,将该载荷直接等效在螺栓位置上,压制力通过模具底平面作用在底座上表面,按均布载荷处理,载荷值取压制力四分之一,按圣维南原理,这种处理其计算结果在局部有一定误差,在其它部位影响甚微。约束处理:约束处理恰当与否直接影响计算结果,要尽可能接近实际。由于对称性,取上梁、底座四分之一部分进行分析,在相应的对称面上对X向和Y向分别予以约束,在上梁分析中,由于法兰螺栓载荷与螺母向下载荷在z向(垂直方向)自成平衡,故可在上梁边缘上一点处给予z向约束,根据虚功原理,该处约束反力必为零,不影响计算结果。在底座约束方案中,除了在对称截面上给予X向和Y向约束外,在底座底部给予Z向约束,这是由于压机在实际工作中,底部不允许抬起。
      单元及结点:在部件分析中,上梁和底座全部采用四面体10结点单元类型,这是一种高精度单元,单元内部位移按抛物线插值,而单元内应力按线性规律变化。上梁共分71个单元,6372个结点,底座共分3846个单元,7474个结点。计算结果:图分别是上梁和底座的von Mises应力云图,由计算可知,上梁和底座除在中截面上有较大应力外,另一个值得注意的是与螺母接触位置亦是高应力部位。产生这种结果的原因是上梁和底座均是深梁,剪力影响不容忽略,在上梁和底座的螺母接触部位正是剪力最大部位,而传统的刚架计算方法得出中部为高应力部位。
      上梁高应力位置在中截面顶部以及与上螺母接触部位顶部内侧,其中在中截面底部也有较大应力值,其中应力为57MPa,Tercsa*2应力为58MPa,底座高应力部位在下螺母接触部位内侧。


                                                                                  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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