四柱式多工位成形液压机结构分析

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1、文章编号：1672～0121(2010)06—0024—04四柱式多工位成形液压机结构分析范常荣，胡明杰(扬州捷迈锻压机械有限公司，江苏扬州225127)摘要：运用SolidWorks软件对四柱式多工位成形液压机结构进行了三维实体建模，运用ANSYS软件对其在满公称力状态下，偏载和非偏载两种工况下的强度和刚度进行了分析在此基础上，获得了结构的应力和变形分析。关键词：机械制造；结构；液压机；有限元分析中图分类号：TH123文献标识码：B1引言随着汽车512业的迅速发展，液压机的需求量增势迅猛，且品种越来越多，自动化程度越来越高，尤其是结构紧凑机型得到更多的需求。对于这些特殊结构

2、的液压机，虽然吨位不大，但结构计算较为复杂，如果采用传统的力学计算，不仅公式繁杂，且需要大量简化，计算结果往往也只能找出一些理论危险点，对于一些应力集中的区域很难准确确定【1-3]。为此，本文采用有限元分析方法，对公司曾经生图2机身主要零部件产过的四柱式多工位成形液压机(图1)，进行了分1．驱动液压缸2．上横梁3．复位液压缸4．同步析，分析其在满公称力状态下，偏载和非偏载下的应机构5．滑块6．导柱7．下横梁力和变形情况，并对分析过程中的简化所造成的误置，以便进行后续的卸料和送料工作；同步机构作用差进行了说明。是使滑块与上横梁在偏载的条件下始终保持垂直的运动状态，以减小滑块与导

3、柱间的作用力；上横梁、下横梁与导柱间通过轴肩及螺母装配为一体。主要1234567技术参数如表1所示。表1技术参数长，mm宽，n1m高／mm公称力／kN滑块行程／mm工作速~／mm／s6260140042352000320253公称力载荷下的受力和变形分析图1四柱式多工位成形液压机分析液压机机身在公称力载荷下、非偏载状态下的机身强度和刚度。采用SolidWorks进行实体建2所示，驱动液压缸与模，运用ANSYS软件进行有限元分析。3．1前处理，前者用于提供液压机于将滑块复位到上限位(1)模型简化液压机结构比较复杂，若考虑所有因素的影响，必将增加布尔运算及网格划分难度，降低计算效

4、率。总经理，从事锻压设备研发、制本次分析对模型进行了适当简化，简化内容如下嗍：①忽略一些小孔及倒角的影响；②尽量避免出现较圈小的面、线，以降低网格划分难度；③务必避免面上存在两条相切曲线，该情况下无法进行网格划分；④液压机结构前后对称，在非偏载情况下载荷对称，为减小计算量，选择1／2结构模型进行分析；⑤导柱的两端存在装配预紧力，分析中将上梁、下梁、导柱间作焊接处理；⑥同步机构为多个杆件组成的多个平行四边形机构(图3)，各运动副间可以自由转动，为减小非线性计算，将其焊接为一体。图4分析模型小于70MPa，因此，不需对其进行细致分析；后者由于导柱的变形引起，实际生产中该应力集中现

5、象肯定存在。图6为该区域应力的剖视图，由图可以看出，最大应力值位于滑块下端接触区域，约170MPa左右。图7的位移云图不能准确的看出上、下梁的变形情况，因此，笔者在分析模型上创建了3条路径，路径起点在左端，终点在右端。通过路径观察上梁、图3同步机构结构滑块、下梁在竖直方向的位移情况，路径位置如图81．支座2．短杆3．中轴销4．长杆(2)网格及材料属性所示。选用solid95单元进行自由网格划分，并对载荷施加面、接触对创建面进行细化；材料弹性模量取206GPa，泊松比选择0．3。对于单元选择，笔者曾做过一个简单试验，并与solid45、solid95、solid185单元的仿真

6、比较，结果表明对于金属体而言，solid95单元的仿真结果与实际值吻合最好。(3)接触对创建本次分析仅对导柱与滑块间进行了接触处理。采用软件自带的接触向导创建接触对【21，接触对位于图5应力云图(O～60MPa)滑块圆孑L的两端部，以孔面作为目标面，导柱面作为接触面。(4)载荷及边界条件施加载荷为施加于滑块下表面、下横梁上表面的均布面载荷，作用区域大小为滑块下表面面积的2／3；液压机与基础间没有地角螺栓固定，工作过程中左右两端存在翘起现象，故约束施加在下横梁下表面中t2,处的一个小矩形面，约束该面三个方向的自由度；分析模型为1／2结构，对称面上施加对称约束。图6剖视应力云图(

7、0～170MPa)具体模型见图4所示。3．2分析结果图5～图7为液压机在非偏载公称力载荷作用下的等效应力云图及位移云图。通过图5可以看出，液压机上梁应力值基本在30MPa～40MPa范围内，下梁应力值基本在20MPa～30MPa；在驱动液压缸与上横梁和滑块作用处、滑块与导柱接触处存在应力集中现象，前者由分析模型构件间的焊接处理造成，图7位移云图实际生产中该应力集中现象可能不存在，且应力值表2中的差值为最大位移与最小位移之差，该值为上横梁、滑块、下横梁在非偏载、公称力载荷下路径1的变形值，通过表2知，上横