8000KN四柱式通用液壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與機(jī)身有限元分析報(bào)告

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1、. . 8000KN四柱式通用液壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及機(jī)身有限元分析 第1章 緒論 1.1 課題背景目的和意義 當(dāng)大眾的生活水平越來(lái)越高的時(shí)候,金屬壓制和拉深制品的需求量也會(huì)同時(shí)增加；同樣,人們對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品類型的需求也會(huì)增長(zhǎng),于是就導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)批次越來(lái)越少,為了能夠與中、小批量的生產(chǎn)模式相匹配,人們就會(huì)需要能夠快速適應(yīng)改變的加工設(shè)備,這就讓液壓機(jī)變成了合適的成型生產(chǎn)加工機(jī)器。壓力機(jī)其實(shí)能夠利用液壓能來(lái)傳遞能量,以此來(lái)完成各種各樣的壓力加工工藝的機(jī)器,尤其是當(dāng)液壓機(jī)系統(tǒng)具有能夠完成擁有對(duì)壓力、行程速

2、度調(diào)整的機(jī)能之后,這就使得液壓機(jī)不止可以完成復(fù)雜的產(chǎn)品和不完全對(duì)稱工件的加工,并且同時(shí)也達(dá)到特別低的廢品產(chǎn)生率。由于液壓機(jī)擁有靈活的動(dòng)力、所需要的加工時(shí)間十分的短、可以依據(jù)工件的長(zhǎng)度進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn),這使得壓力機(jī)在國(guó)民的生產(chǎn)生活中的應(yīng)用越來(lái)越多。 通過(guò)此次的畢業(yè)設(shè)計(jì),我了解到了壓力機(jī)的機(jī)身構(gòu)造與液壓機(jī)的工作原理,并且掌握利用UG軟件完成液壓機(jī)的有限元分析,在液壓機(jī)機(jī)身的有限元分析過(guò)程中,我也大致了解到了液壓機(jī)各個(gè)部分受到的應(yīng)力大小和位移大小。 1.2 液壓機(jī)的發(fā)展概況 1.2.1 液壓機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中的地位 液壓機(jī)是在十九世紀(jì)被發(fā)明出來(lái),自從壓力機(jī)被發(fā)明出來(lái)以后,它的發(fā)展非常得迅猛。因

3、為液壓機(jī)在生產(chǎn)生活中具有普遍的適用性,這就使得液壓機(jī)在國(guó)民生活中得到了非常多的使用。比如有板材成型；管、線、型材擠壓；膠合板壓制、打包；輪軸壓裝、校直等等。不同樣式的液壓機(jī)快速出現(xiàn),極大地推動(dòng)了不同種工業(yè)的進(jìn)步。到了八十年代之后,當(dāng)微電子技術(shù)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到進(jìn)步和使用,液壓機(jī)的進(jìn)步更加迅速。到現(xiàn)在為止,世界上液壓機(jī)最大的公稱力已經(jīng)高達(dá)750MN［2］,這臺(tái)液壓機(jī)主要是用來(lái)進(jìn)行有色金屬的模鍛。 52 / 53 隨著液壓機(jī)的發(fā)展,液壓機(jī)的控制部分,很多液壓機(jī)已經(jīng)使用了CNC或者工業(yè)計(jì)算機(jī)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能,這使得產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率得到了巨大的改善?，F(xiàn)在,液壓機(jī)已經(jīng)變成了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中至

4、關(guān)重要的、材料成型中使用最廣泛的產(chǎn)品之一。 　　壓力機(jī)擁有特別多杰出的特點(diǎn),所以它的使用十分地多,比如在普通工業(yè)中使用的塑料成型機(jī)械和機(jī)床等；以及行走工業(yè)機(jī)械中的工程機(jī)械和農(nóng)林機(jī)械；煉鋼行業(yè)中會(huì)使用冶金機(jī)械,提升裝置等；水利土木工程機(jī)械中使用的閘門及堤壩加固設(shè)備、河床升降設(shè)備、橋梁操縱設(shè)備等等；發(fā)電廠使用的渦輪機(jī)調(diào)整轉(zhuǎn)速設(shè)備、發(fā)電設(shè)備等；船上使用的起重設(shè)備、船頭門、船尾推進(jìn)設(shè)備等等；特殊技術(shù)使用的超大型天線操縱設(shè)備、測(cè)量設(shè)備、升降舞臺(tái)等等。 1.2.2 我國(guó)液壓機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 我們國(guó)家的液壓機(jī)發(fā)展歷程只有短短的五十年時(shí)間,新中國(guó)成立之前,我們國(guó)家是半殖民地半封建國(guó)家,受到了外國(guó)資本主

5、義國(guó)家的壓迫,根本沒(méi)有發(fā)展自己的獨(dú)立工業(yè),液壓機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)毫無(wú),當(dāng)時(shí)中國(guó)國(guó)內(nèi)僅僅有少量的用來(lái)維修使用的液壓機(jī)。新中國(guó)成立以后,前三年是經(jīng)濟(jì)恢復(fù)階段,自1952年起,我國(guó)實(shí)行了第一個(gè)五年計(jì)劃,我國(guó)迅速發(fā)展起屬于中國(guó)自己的完備的工業(yè)體系,可以漸漸實(shí)現(xiàn)自己研發(fā)和生產(chǎn)汽車、機(jī)車、輪船、發(fā)電設(shè)備、飛機(jī)、火箭以及精密的宇航儀器儀表。 1957年到1958年我們國(guó)家著手自己研發(fā),自己制造第一代28000KN的鍛造水壓機(jī)。在此期間,拿市來(lái)說(shuō),在解放之前北平僅僅是一個(gè)消費(fèi)城市,并沒(méi)有屬于自己的制造業(yè)。為了完全結(jié)束類似的情況,1957年,在市委工業(yè)部與機(jī)械局的領(lǐng)導(dǎo)的幫助下,進(jìn)行了大協(xié)作的方式從而發(fā)明出一大批重要

6、的制造設(shè)備,在這當(dāng)中就包括一臺(tái)28000KN鍛造水壓機(jī)。 而到了二十世紀(jì)六十年代的中期和后期,我國(guó)又完成新一批技術(shù)更加高端的大型液壓機(jī),在這些壓力機(jī)當(dāng)中有300MN有色金屬模鍛壓力機(jī)、120MN有色金屬擠壓壓力機(jī)和80MN黑色金屬模鍛水力壓力機(jī)等等。 二十世紀(jì)七十年代之后,已經(jīng)能夠開始向國(guó)外出口各種類型的鍛造壓力機(jī),其中包括一臺(tái)60MN鍛造壓力機(jī)。 2007～20XX間,我國(guó)建造并投產(chǎn)的新型自由鍛造水壓機(jī)有60、70、140、150、165MN。 到目前為止,我國(guó)不僅僅建立起了自己的壓力機(jī)設(shè)計(jì)和制造行業(yè),并且也已經(jīng)達(dá)到了現(xiàn)在世界上比較高的水平。 目前,各類液壓機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)如下： <

7、1>高精度 <2>液壓系統(tǒng)的集成化與精密化 <3>數(shù)控化、自動(dòng)化與網(wǎng)絡(luò)化 <4>柔韌化 <5>高生產(chǎn)率與高效率 <6>環(huán)境保護(hù)與人身安全保護(hù) <7>成線化與成套化 1.2.3 國(guó)外液壓機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 1795年,約瑟夫?布拉曼利用水當(dāng)作媒介,制造出水壓機(jī),把流體傳動(dòng)技術(shù)使用到工業(yè)體系中,這就使世界上的第一臺(tái)水壓機(jī)發(fā)明出來(lái)。1905年他又把工作媒介變成了油,這使得壓力機(jī)又得到改進(jìn)。 到了第一次世界大戰(zhàn)之后液壓機(jī)技術(shù)又獲得了廣泛的使用,尤其在1920年以后,液壓機(jī)的發(fā)展更加地快速。而液壓元器件大約在十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)初的二十年間才得到發(fā)展與生產(chǎn)。1910年尼斯克在液力傳動(dòng)<液力聯(lián)

8、軸節(jié)、液力變矩器等>方面做出的貢獻(xiàn),使這兩個(gè)方面都獲得了巨大的進(jìn)步。 而在二戰(zhàn)時(shí)期,美國(guó)的機(jī)床大約有三分之一都使用液壓傳動(dòng)技術(shù)。值得注意的是,日本的液壓技術(shù)進(jìn)展比歐美國(guó)家晚了大約二十年。在 1955 年左右 , 日本的液壓技術(shù)得到了巨大的進(jìn)展,到了1956 年,日本創(chuàng)建"液壓工業(yè)會(huì)"。近二十到三十年間,日本的液壓技術(shù)進(jìn)步迅速,現(xiàn)在已經(jīng)處在世界先進(jìn)行列。 1.2.4 液壓機(jī)的總體發(fā)展趨勢(shì) <1>減少能耗,充分利用能量 <2>主動(dòng)維護(hù) <3>機(jī)電一體化 1.3 液壓機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1.3.1 液壓機(jī)的工作原理 液壓機(jī)是利用帕斯卡原理所制造的,它的工作原理,如圖1-1所示

9、。當(dāng)在小柱塞1上作用一個(gè)力F1時(shí),那么得到液體的壓力為P0=F1/A1, 由帕斯卡原理得,在密封容器中,液體的壓力在各個(gè)方向上是同樣的,于是得: F2=F1×A2/A1 <1-1> 圖1-1液壓機(jī)原理圖 壓力機(jī)通常是由操縱系統(tǒng)、本體及泵站所構(gòu)成。通常見(jiàn)到的最多的液壓機(jī)的主機(jī)由上下橫梁所構(gòu)成的,用四個(gè)立柱和螺母一起組成一個(gè)閉合的框,用來(lái)承擔(dān)所有的工作負(fù)載。將工作缸在上橫梁上固定,讓工作缸缸內(nèi)的活塞和活動(dòng)橫梁連接在一起,在高壓的液體到達(dá)工作缸的內(nèi)部之后,在工作柱塞之上會(huì)出現(xiàn)較大的動(dòng)力,并且推進(jìn)活塞和活動(dòng)橫梁

10、,加上上模做向下運(yùn)動(dòng),從而使工件位于上下模之間成型。在需要回程時(shí),工作缸會(huì)被通入低壓油,從而使高壓油進(jìn)入回程缸,以此來(lái)推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)并且?guī)?dòng)活動(dòng)橫梁,使活動(dòng)橫梁回到之前的位置,這就是一個(gè)動(dòng)作循環(huán)[2]。 1.3.2 液壓機(jī)的特點(diǎn) 液壓機(jī)是一種通過(guò)利用液壓來(lái)進(jìn)行壓力制造的裝置,我這次所設(shè)計(jì)的四柱式液壓機(jī)是液壓機(jī)最多的結(jié)構(gòu)之一,它的最明顯的優(yōu)點(diǎn)就是工作空間較大,人們?cè)诓僮鬟^(guò)程中可以四面觀察并且接近模具,而且四柱式液壓機(jī)具有整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工藝性能良好等諸多優(yōu)點(diǎn)。與此同時(shí)構(gòu)成液壓機(jī)的液壓元器件現(xiàn)在已高度的通用和標(biāo)準(zhǔn),于是便使得液壓機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都較為方便[2]。 1.4 液壓機(jī)的分類 <1

11、>按用途分類 手動(dòng)液壓機(jī):手動(dòng)液壓機(jī)一般是小型的液壓機(jī),通常適用于壓制、壓裝工藝。 鍛造液壓機(jī):主要適用在鋼錠開坯、自由鍛以及有色金屬的模鍛。 沖壓液壓機(jī)：這種液壓機(jī)通常用來(lái)進(jìn)行各種板材的沖壓。 校正壓裝液壓機(jī)：這種液壓機(jī)通常適用于零件的校形和裝配。 層壓液壓機(jī)：這種液壓機(jī)通常適用于膠合板、纖維板、絕緣材料板等的壓制。 擠壓液壓機(jī)：這種液壓機(jī)主要適用于壓制各種有色金屬和黑色金屬的線材。 壓制液壓機(jī)：這種液壓機(jī)通常適用于粉末冶金制品的成型、塑料制品的壓制成型等。 打包、壓塊液壓機(jī)：該液壓機(jī)通常用來(lái)將金屬屑等壓制成型等。 <2>按動(dòng)作方式分類 上壓式液壓機(jī) 下壓式液壓機(jī) 雙動(dòng)液

12、壓機(jī) 特種液壓機(jī) <3>按傳動(dòng)形式分類 泵直接傳動(dòng)液壓機(jī) 泵—蓄能器傳動(dòng)液壓機(jī) <4>按操縱方式分類 手動(dòng)液壓機(jī) 全自動(dòng)液壓機(jī) 半自動(dòng)液壓機(jī) 1.5 液壓機(jī)原理圖 圖1-2液壓控制原理系統(tǒng)圖 1.主油箱 2.電動(dòng)機(jī) 3.軸向柱塞泵 4.順序閥5.溢流閥 6．三位四通電磁換向閥 7. 二位四通電磁換向閥8.壓力繼電器9. 單向閥10.壓力表 11.補(bǔ)油箱12.工作缸13.背壓閥14.液控單向閥 15.行程開關(guān)16.頂出缸17.節(jié)流閥 圖1-2是液壓系統(tǒng)的原理圖,在液壓機(jī)工作的時(shí)候,電磁換向閥6得電,壓力油被油泵3打出, 通過(guò)順序閥4,進(jìn)

13、入到電磁換向閥6的右位,之后經(jīng)由單向閥9 ,從而到達(dá)上缸12的上腔。同一時(shí)刻,通過(guò)電磁換向閥7的補(bǔ)充油到達(dá)油缸的上腔?；赜陀晒ぷ鞲紫虑唤?jīng)由背壓閥13和液控單向閥14 ,經(jīng)過(guò)電液換向閥7,回油箱。 在這同一時(shí)刻,工作缸會(huì)由于自身的重力,加速向下運(yùn)行,這就會(huì)讓工作缸的上腔瞬間變成真空,于是補(bǔ)油箱中的油就會(huì)自動(dòng)地經(jīng)由液控單向閥 ,在真空的作用下進(jìn)入到工作缸的上腔,從而讓真空帶消失,使上缸繼續(xù)快速下行。 在工作缸帶著上模和下模完成合模之后,這就會(huì)使得壓力油不間斷地進(jìn)入到上油缸的上腔,所以油缸的上方壓力就會(huì)發(fā)生變高現(xiàn)象,因?yàn)楣ぷ鞲字杏偷膲毫Φ脑龈?位于補(bǔ)油箱的液控單向閥就會(huì)被關(guān)閉,從而斷開了補(bǔ)油箱中

14、的供油,使得工作缸12向下運(yùn)動(dòng)的速度變慢。工作缸上腔的壓力會(huì)繼續(xù)上升,只有工作缸中的壓力高于壓力繼電器10的設(shè)定值的時(shí)候,壓力繼電器就會(huì)產(chǎn)生信號(hào),從而使電液換向閥6的中位進(jìn)入工作狀態(tài),從而斷開油缸12上腔的液壓油來(lái)源, 于是工作缸就會(huì)暫停工作,系統(tǒng)進(jìn)入到保壓階段,保壓設(shè)定的時(shí)長(zhǎng)是40秒。 當(dāng)保壓階段完成之后, 使得電磁換向閥6的左位開始工作, 從油泵3產(chǎn)生出來(lái)的壓力油,就會(huì)通過(guò)順序閥4,到達(dá)電磁換向閥6的左位,再通過(guò)液控單向閥14 和背壓閥13 ,到達(dá)工作缸12 的下腔,使油缸作向上的運(yùn)動(dòng),同一時(shí)刻電磁換向閥7的左位開始工作,使油箱中補(bǔ)油加快回程的速度。 油缸12上腔的回油流過(guò)液控單向閥 ,

15、最后到達(dá)補(bǔ)油箱11 。這會(huì)使工作缸能夠迅速地回到原來(lái)的位子。 當(dāng)電磁換向閥6的中位和電磁換向閥的右位連通的時(shí)候,泵3就會(huì)打出液壓油,會(huì)經(jīng)由電磁換向閥的左位,到達(dá)下缸16的下腔,回油由下缸16的上腔通過(guò)電磁換向閥的左位,流進(jìn)油箱,使得下缸作向上的運(yùn)動(dòng)從而使工件能被頂出。 當(dāng)工件被拿出之后, 電磁換向閥的右位就會(huì)被接通,使壓力油到達(dá)頂出缸16的上腔,頂出缸下腔的油經(jīng)閥的右位流回油箱, 使下缸作向下的運(yùn)動(dòng),讓下缸回到開始的位置。 閥13在保壓時(shí)候可以避免上油缸12的上腔液壓油回流,行程開關(guān) 15 的作用是保證上、下缸的極限位置在安全位置,壓力表的作用是顯示上、下油缸和整個(gè)液壓系統(tǒng)的壓力。 1

16、.6 本章小結(jié) 本章主要介紹一下液壓機(jī)的發(fā)展概況、工作原理以及分類。并且介紹了我設(shè)計(jì)的液壓機(jī)的工作原理。通過(guò)這一章我主要了解到液壓機(jī)的一些相關(guān)知識(shí),這讓我對(duì)液壓機(jī)的一些大體知識(shí)有了一定的了解并且充分的了解到了我的液壓機(jī)的工作原理以及知道了我所設(shè)計(jì)的液壓機(jī)有哪些零件組成。 第2章 液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1 液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)參數(shù) 2.1.1 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 這次我所設(shè)計(jì)的液壓機(jī)是四柱式通用液壓機(jī),這種液壓機(jī)是液壓機(jī)中出現(xiàn)最多、使用最多的一種液壓機(jī)。四柱式液壓機(jī)的顯著特點(diǎn)是它的加工工藝比別的種類的液壓機(jī)更加簡(jiǎn)單。圖2-1是立式單缸四柱式液壓機(jī)的最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)。它的

17、機(jī)身由上橫梁、工作臺(tái)和立柱組成。工作缸安裝在上橫梁內(nèi)。活動(dòng)橫梁和工作缸的活塞被連接在一起,在立柱的導(dǎo)向方向上上下運(yùn)動(dòng),并且可以傳導(dǎo)工作缸內(nèi)的液壓力,從而完成工件的制造過(guò)程。因?yàn)橐簤簷C(jī)的機(jī)身是一個(gè)整體,所以機(jī)身會(huì)承擔(dān)所有的工作力量。 圖2-1 四柱液壓機(jī)的典型結(jié)構(gòu) 2.1.2 液壓機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù) 〔1〕公稱力 8000 kN； 〔7〕液體工作壓力 25 MPa; 〔2〕滑塊行程 900 mm； 〔8〕滑塊快降速度 >150mm/s; 〔3〕滑塊開口高度 140

18、0 mm； 〔9〕頂出力 2000kN； 〔4〕滑塊工作速度 5-10 mm /s ； 〔10〕頂出行程 350mm； 〔5〕工作臺(tái)尺寸 3200×2200mm; 〔11〕滑塊回程速度 100mm/s; <6>頂出速度 30mm/s; <12>退回速度 70mm/s; 2.2 上橫梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.2.1 結(jié)構(gòu)形式 液壓機(jī)的上橫梁位于立柱上方,通常將液壓缸裝于上面,并且承擔(dān)工作缸給它的反作用力,上橫梁的結(jié)構(gòu)形式主要有：鑄造和焊接兩種形式。由于本液壓機(jī)為批量生產(chǎn),故采用鑄造的方法制

19、造。設(shè)計(jì)形式為：高度初設(shè)為0.4～0.8倍中心距,材料為HT200；由于油缸孔的削弱,在采用鑄造結(jié)構(gòu)時(shí),設(shè)計(jì)成等強(qiáng)度梁結(jié)構(gòu),即中部高度增加,以抵消油缸孔對(duì)斷面的消弱作用。上橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為上、下兩個(gè)封閉的箱體結(jié)構(gòu),這會(huì)使得其受力后應(yīng)力分布更加合理,它的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。 圖2-2上橫梁結(jié)構(gòu)圖 2.2.2 形狀尺寸要求 上橫梁和立柱相連接,從而形成機(jī)身的上半部,并且上橫梁的可以用來(lái)安裝工作缸,所以對(duì)它的形狀尺寸有以下的要求： <1>主油缸之中的孔的軸線與油缸臺(tái)肩貼合平面的不垂直度允許誤差0.06/1000 mm； <2>調(diào)節(jié)螺母的接觸平面和油缸臺(tái)肩貼合平面的不平行度允許誤差0.0

20、5/1000 mm； <3>鎖緊螺母的接觸面與調(diào)節(jié)螺母的接觸面〔立柱穿過(guò)孔的上平面與下平面〕間的不平行度0.06/1000 mm； <4>油缸鎖緊螺母平面與油缸臺(tái)肩貼合平面間的不平行度允許的誤差0.12/1000 mm； <5>油缸外圓配合公差為D4/dc4或者比次級(jí)高； <6>立柱孔的尺寸通常比立柱進(jìn)入處的直徑大1～2 mm。 2.2.3 上橫梁與工作缸的聯(lián)接方式 上橫梁與工作缸采用圓螺母聯(lián)接固定,圖2-3。 圖2-3用圓螺母固定的結(jié)構(gòu) 在工作缸增加壓力之后,油缸臺(tái)肩會(huì)將反作用力作用于橫梁,而連接件不會(huì)受到反作用力,只可能在工作缸處在工作狀態(tài)的時(shí)候,回程的力才會(huì)作用于連接

21、作用零件上。故聯(lián)接零件只需符合回程力的要求就可以了。 2.3 工作臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.3.1 結(jié)構(gòu)形式 工作臺(tái)是主機(jī)的安裝基礎(chǔ)。在工作臺(tái)的臺(tái)面上會(huì)安裝有模具,在工作過(guò)程中工作臺(tái)會(huì)承擔(dān)自身的重量以及所有負(fù)載。也可以在工作臺(tái)上安頂出缸,回程缸以及其它的裝置。工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式主要有：鑄造和焊接兩種。由于本液壓機(jī)為批量生產(chǎn),故采用鑄造的方法制造。 <1>外形尺寸〔A×B×H〕：3200×2200×800㎜； <2>材料選用HT200,通過(guò)鑄造制成。 圖2-4工作臺(tái)結(jié)構(gòu)圖 2.3.2 加工技術(shù)要求 <1>為了能夠節(jié)省工作臺(tái)使用金屬和減輕自身的重量,通常將工作臺(tái)做成箱形,將安裝液壓缸、活

22、塞與立柱處做成圓筒狀,在工作臺(tái)的中間位置布置肋板,受力較高的部位肋板應(yīng)該加的更多,用來(lái)提高工作臺(tái)的剛度,降低其受到的應(yīng)力； <2>合理的筋板分布位置,能夠讓橫梁的自重更輕,也能夠擁有較好的強(qiáng)度和較為均勻的剛度； <3>設(shè)計(jì)橫梁的時(shí)候,應(yīng)當(dāng)讓工作臺(tái)的各處厚度沒(méi)有太大的突變,從而可以避免因?yàn)槔鋮s不均勻產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,在各個(gè)連接的過(guò)渡區(qū)應(yīng)該擁有較大的圓角,如圖2-4的結(jié)構(gòu)所示。 2.3.3 工作臺(tái)與頂出缸的固聯(lián)結(jié)構(gòu) 對(duì)于中小型通用壓力機(jī)來(lái)說(shuō),一般的頂出力并不大。常采用的結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。工作臺(tái)1,頂出缸2,螺母3,頂出缸結(jié)構(gòu)采用活塞式。因?yàn)榇私Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝方便,故采用它。 圖2-5工作

23、臺(tái)和頂出缸的固連結(jié)構(gòu) 2.3.4 固定模具的結(jié)構(gòu) 為了能夠使模具在工作臺(tái)上固定,通常在工作臺(tái)面上開有T型槽。 工作臺(tái)的T型槽的個(gè)數(shù)和尺寸通常是依據(jù)壓力機(jī)的回程噸位和頂出工件的最大重量來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。通常來(lái)說(shuō)尺寸比較小的工作臺(tái),T型槽采用的是交叉布置方式。而尺寸大的工作臺(tái)的T型槽,通常采用的是平行布置的方式。因?yàn)槲以O(shè)計(jì)的工作臺(tái)的尺寸比較大,所以T型槽設(shè)計(jì)成平行布置的方式〔圖2-6〕 圖2-6 T型槽布置圖 2.4 立柱 立柱它是四柱液壓機(jī)的重要組件,通常的用途為受力和支撐。同時(shí)它也能夠讓活動(dòng)橫梁擁有豎直方向上的導(dǎo)向。所以,立柱應(yīng)該擁有充足的強(qiáng)度與剛度,而

24、立柱的導(dǎo)向表面應(yīng)該擁有良好的精度、光滑度和一定的硬度。 常用結(jié)構(gòu)形式有四種如圖2-7所示： （1） 兩梁全部使用立柱的臺(tái)肩支承,上下處使用鎖緊螺母來(lái)鎖緊。 （2） 兩梁都使用調(diào)節(jié)螺母支承,用鎖緊螺母上下鎖緊。 （3） 上梁利用的是立柱的臺(tái)肩支承,調(diào)節(jié)使用的螺母安裝在工作臺(tái)面上,兩端用鎖緊螺母鎖緊。 （4） 上橫梁利用立柱臺(tái)的調(diào)節(jié)螺母來(lái)支承,立柱肩支在承載工作臺(tái)面上,兩端利用鎖緊螺母固定好。 2.4.1 結(jié)構(gòu)形式 圖2-7立柱結(jié)構(gòu)形式 通常選取立柱的構(gòu)造時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮立柱和上橫梁、工作臺(tái)應(yīng)該利用預(yù)緊來(lái)使安裝更加便捷并且在調(diào)整精度時(shí)應(yīng)該簡(jiǎn)單。故我們選擇結(jié)構(gòu)型式如圖2—7〔d〕所示

25、。上橫梁利用的是立柱臺(tái)調(diào)整螺母支撐住立柱臺(tái)肩支撐在工作臺(tái)面上,兩端再利用鎖緊螺母固定。 2.4.2 形狀尺寸要求 <1>立柱導(dǎo)向面粗糙度為Ra0.63～Ra1.25； <2>立柱導(dǎo)向面的錐度和橢圓度不能夠超過(guò)公差的二分之一； <3>立柱導(dǎo)向曲面的軸線直線度允許誤差不能夠高于0.05/1000 mm； <4>毛坯應(yīng)當(dāng)正火處理,從而去除掉鍛造中產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力； <5>立柱導(dǎo)向面在允許的條件下應(yīng)該熱處理,立柱導(dǎo)向面的硬度不能夠低于HRc45,或者進(jìn)行立柱表面鍍鉻處理,鍍層的厚度大約為0.02～0.04 mm。 2.5 充液閥 2.5.1 充液閥工作原理 充液閥的作用有兩個(gè),如圖

26、2-8。 1.由于活動(dòng)橫梁因?yàn)樽陨碇亓肯蛳逻\(yùn)動(dòng)時(shí),油缸的上腔會(huì)出現(xiàn)真空,所以會(huì)使充液閥打開,油箱中的油會(huì)經(jīng)過(guò)充液閥進(jìn)入到油缸的上腔； 2.活動(dòng)橫梁處在回程過(guò)程中的時(shí)候,會(huì)使油缸上腔中的油經(jīng)過(guò)充液閥迅速進(jìn)入到油箱。 圖2-8 充液閥原理圖 2.5.2 充液閥的結(jié)構(gòu)形式 充液閥其實(shí)也是一種可控單向閥,液壓機(jī)為了能夠提高生產(chǎn)率或者在熱壓成型時(shí)候減少工件的溫降,通常需要有比較迅速的空程速度和回程速度,這個(gè)速度通常要比壓制速度大幾十倍。在不增加輔助油泵的條件下,同時(shí)使功率損耗降低,利用充液系統(tǒng)這種方法比較有效。 按照液壓機(jī)的工作原理進(jìn)行劃分,充液閥分為常開式和常閉式。因?yàn)槲疫@次設(shè)計(jì)的

27、液壓機(jī)屬于中小型液壓,所以采用的是常閉式結(jié)構(gòu)〔圖2-9〕。 特點(diǎn)：常閉式充液閥是常閉的,它可以自動(dòng)開啟,它的閥直徑很大,常閉式充液閥采用的結(jié)構(gòu)為上彈簧結(jié)構(gòu),具有質(zhì)量小,慣性小,動(dòng)作靈活并且可靠的特點(diǎn)。通常將這種充液閥安裝于缸底,并且它會(huì)完全浸入到箱體的液壓油之中。 圖2-9 立式充液閥結(jié)構(gòu) 2.6 工作缸 2.6.1 結(jié)構(gòu)形式 壓力機(jī)主要執(zhí)行工作部件是工作缸,工作缸通常作往返運(yùn)動(dòng),并且能夠把高壓液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)樽尮ぜ巫兓虺尚偷臋C(jī)械功。 液壓缸的形式通常有三種,我這次設(shè)計(jì)的液壓機(jī)采用的是活塞式的液壓缸,這是因?yàn)榛钊降囊簤焊啄軌蛲瓿蓛蓚€(gè)方向的作用,活塞式液壓缸不僅能夠?qū)崿F(xiàn)

28、工作進(jìn)程,而且也能夠完成回程,所以可以讓液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)形式變簡(jiǎn)單,從而讓液壓機(jī)的構(gòu)造更加緊湊,零件的數(shù)量更少,需要的布置空間更小。由于本液壓機(jī)為8000KN,故液壓缸缸體材料選用35。油缸缸底可用鍛造方法制造,缸底為平底結(jié)構(gòu),缸底設(shè)回程緩沖,如圖2-10所示。 圖2-10活塞式液壓缸 油缸的設(shè)計(jì)參數(shù)： <1>油剛內(nèi)直徑:φ600 mm <3>活塞行程: 900 mm <2>活塞桿直徑:φ450mm 〔4>液體工作壓力: 25 Mpa 加工技術(shù)要求 <1>保證油缸內(nèi)圓柱面與前端環(huán)面垂直,垂直度應(yīng)小于0.03mm； <2>前端面用環(huán)形件安裝,其肩

29、面的兩個(gè)成壓平面要相互平行,其平形度應(yīng)小于0.03mm； <3> 保證裝配后,用壓力0.3MPa的液壓油試驗(yàn),應(yīng)能克服阻力作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。它的運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)該和油缸的軸線相平行、和油缸的前法蘭的安裝肩面和活塞桿頂端面垂直,垂直度應(yīng)當(dāng)小于0.03mm。 2.6.2 設(shè)計(jì)尺寸 主壓力： P=0.785D2P<105Pa> <2-1> 回程壓力： P=0.785P<105Pa> <2-2> 式中： D—油缸外徑,D =67cm； D—油

30、缸內(nèi)經(jīng),D =50cm； d—活塞桿直徑,d =45cm； P—液體工作壓力,P =25 MPa。 根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸得實(shí)際工作壓力： P=0.785×502×250=4906250 N P=0.785×<502-452>×250=32187.5N。 2.7 活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.7.1 結(jié)構(gòu)形式 <1>外形尺寸〔A×B×H〕：2000×1500×800㎜； <2>材料選用HT200,通過(guò)鑄造制成,如圖2-11所示。 圖2-11活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)圖 2.7.2 加工技術(shù)要求 <1> 為了能夠節(jié)省金屬并且減小自身的重量,把活動(dòng)橫梁設(shè)計(jì)成箱體,把裝配的各式缸、活塞以及立柱處設(shè)計(jì)為圓

31、筒形,在中間部位分布肋板,并且在承重大的地方布置的筋板更加的密集,這樣可以加強(qiáng)活動(dòng)橫梁的剛度,降低活動(dòng)橫梁的局部應(yīng)力； <2> 合理地分布活動(dòng)橫梁內(nèi)部的肋板,能夠讓橫梁的自身重量更輕,同時(shí)也有較強(qiáng)的強(qiáng)度和合適的剛度； <3> 在設(shè)計(jì)橫梁的時(shí)候,需要留意的是讓各部分的厚度沒(méi)有突變,這樣可以防止冷卻不均造成的內(nèi)應(yīng)力,在聯(lián)接的過(guò)渡部分應(yīng)該有較大的圓角,如圖2—11所示。 <4> 活動(dòng)橫梁和柱塞連接地方,開著環(huán)形的集油槽,從而可以貯存油缸缸口部漏出的液壓油。 2.7.3 形狀和尺寸要求 <1> 聯(lián)接活塞桿的孔的軸線應(yīng)該和四立柱的孔軸線互相平行,它的平行度≤0.1/1000mm； <2> 活

32、動(dòng)橫梁下平面的直線度,按1293-73的標(biāo)準(zhǔn)公差≤0.05/1000mm； <3> 連接活塞桿的孔軸線和四立柱的孔軸線與下平面之間的垂直度允許誤差≤0.06～0.10/1000mm； <4> 下平面與上平面之間的平行度允許誤差≤0.06/1000mm； <5> 四立柱的孔與導(dǎo)套外圓之間的配合度公差為D3/gd。中心孔和活塞桿的外圓之間的配合精度通常是D4/dc。 2.8 本章小結(jié) 本章主要對(duì)液壓機(jī)的本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì),其中包括上橫梁、工作臺(tái)、立柱、活動(dòng)橫梁、充液閥和工作缸等的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、形狀和尺寸設(shè)計(jì)。最后對(duì)液壓機(jī)的各部件的結(jié)構(gòu)有了較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

33、第3章 液壓機(jī)的強(qiáng)度與剛度計(jì)算 3.1 工作缸的強(qiáng)度計(jì)算 3.1.1 缸體的強(qiáng)度計(jì)算 1．缸體的中段強(qiáng)度計(jì)算 油缸筒部的強(qiáng)度的分析如圖3-1所示。 圖3-1 工作缸筒部受力狀態(tài) 由第四強(qiáng)度理論知 = <3-1> 式中：　 —作用在缸筒內(nèi)任一點(diǎn)K處的切應(yīng)力,且有 ＝ 式中：　 —作用在缸筒內(nèi)任一點(diǎn)K處的徑向應(yīng)力,且有 ＝ 式中：　　—作用于缸筒的軸向應(yīng)力,且有 ＝ 式中：　　r1—工作缸內(nèi)半徑； r2—工作缸外半徑； r—所求應(yīng)力點(diǎn)位置的半徑； p—油缸最大工作壓力。 當(dāng)r=r1時(shí)： ＝－Ｐ；＝；＝ 即油缸筒內(nèi)壁的合成力達(dá)到了

34、最大值。將此處的σr、σt、σz分別代入式〔3-1〕中,可得油缸筒部?jī)?nèi)壁的合成應(yīng)力為： ＝ <3-2> 所設(shè)計(jì)的油缸結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)和油缸最大工作壓力分別為： r1=50 cm；r2=74 cm；pmax=25 Mpa,代入式〔3-2〕計(jì)算得： ＝ =79.68×<105Pa> 2. 缸體的支承臺(tái)肩處強(qiáng)度計(jì)算 〔1〕支承臺(tái)肩處擠壓應(yīng)力：支承臺(tái)肩結(jié)構(gòu)如圖3—2 = <3-3> 式中： P—主壓力,P=496025<×105Pa>； D2—缸體支承臺(tái)肩處外徑,D2＝74cm； D3—缸體支承臺(tái)肩階梯處外徑,D3＝69； S—倒角

35、尺寸,S＝0.2cm —許用擠壓應(yīng)力,1200×105Pa。 ∴= =1040.6<×105Pa> 〔2〕支承臺(tái)肩斷面強(qiáng)度計(jì)算：從圖3-2可知,臺(tái)肩處斷面上的合成應(yīng)力應(yīng)該是彎曲應(yīng)力和拉伸應(yīng)力的和。即: =<105Pa> <3-4> 式中： P—主壓力,P=4960250N； D2—缸體支承臺(tái)肩處外徑,D2＝60cm； D3—缸體支承臺(tái)肩階梯處外徑,D3＝69cm。 Ma=T <3-5> 式中： T===26042N/cm； h=20cm,h==4.5cm； =

36、 <3-6> 式中： —材料泊松比系數(shù),鋼=0.3、鑄鐵=0.25。 得： ==0.111 代入求Ma式內(nèi)： Ma=2604.2 =40321N·cm ∴= =550×<105Pa> 圖3-2缸體支承臺(tái)肩處尺寸 3. 缸底的強(qiáng)度計(jì)算 本工作缸由鍛造方法制造,其缸底結(jié)構(gòu)為平底缸,側(cè)邊開有進(jìn)油口,按圓形平板彎曲計(jì)算如圖3-3。 =1000×<105Pa> <3-7> 式中 P—油缸最大工作壓力,P=250； Ｄ—工作缸內(nèi)直徑,Ｄ＝50cm； B—缸底厚度,B＝12.5cm；

37、 —系數(shù),與進(jìn)油孔有關(guān),取為0.7～0.8。 代入上式得：　　　　　=＝937.51×<105Pa> 圖3-3平底缸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 3.1.2 缸口部分的強(qiáng)度計(jì)算 1. 作用在缸口導(dǎo)部分零件強(qiáng)度的計(jì)算 P1=0.785 <3-8> 公式當(dāng)中的符號(hào)如圖3-4所示, D1=60cm,d=45cm ∴P1=0.785=1910348.7N。 圖3-4 缸口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2．螺栓強(qiáng)度計(jì)算 螺栓選用16個(gè)M36雙頭螺栓,材料為45,M36螺紋內(nèi)徑d內(nèi)=31.2cm。螺栓應(yīng)力為：

38、 = <3-9> 式中： n—螺栓數(shù)目,n=16個(gè)； F1—螺栓面積〔cm2〕,F1=0.78531.22=7.64 cm2 —許用拉伸應(yīng)力,1200×<105Pa>。 ∴==1140.9×<105Pa> 3. 缸口導(dǎo)套處的擠壓強(qiáng)度計(jì)算 缸口導(dǎo)套材料為HT200,導(dǎo)套擠壓應(yīng)力為： ==1000×<105Pa> <3-10> 式中符號(hào)見(jiàn)圖3-4所示,尺寸為D1=60cm,D2=53cm 代入上式得： ==214.61×<105Pa> 3.1.3 活塞部分的強(qiáng)度計(jì)算 1. 活塞桿低強(qiáng)度計(jì)算 活

39、塞桿的材料是45,活塞直徑是20cm,長(zhǎng)度50cm,長(zhǎng)度與直徑比值大約是2.5,在加壓過(guò)程中活塞反受壓面積較大,故其擠壓及穩(wěn)定性可略去不計(jì)。 2. 活塞頭部導(dǎo)向套計(jì)算 導(dǎo)套材料為HT200,活塞頭部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3-5所示,導(dǎo)套及壓應(yīng)力為： = <3-11> 式中符號(hào)見(jiàn)圖3—5,尺寸為d=45cm,D=50cm,s=0.2cm,s2=0.3cm,d1=37cm—許用擠壓應(yīng)力,=1000×<105Pa>。 代入式中得： ==478.9<×105Pa> 圖3-5 活塞頭部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 3. 活塞桿與活動(dòng)橫梁斷面之間的擠壓應(yīng)力計(jì)算 活動(dòng)橫梁材料選用45,許用擠壓應(yīng)力=

40、1000 kgf/cm2。 = <3-12> 式中符號(hào)見(jiàn)圖3-6所示,尺寸為d=45cm,d4=20cm,s=0.2cm,s4=0.2cm. 代入上式得： ==397.33×<105Pa> 圖3-6 活塞與活動(dòng)橫梁連接圖 3.2 上橫梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度計(jì)算 3.2.1 受力分析 上橫梁用來(lái)裝配工作缸,液壓機(jī)在加壓時(shí)候,上橫梁會(huì)受到它的反作用力,在計(jì)算上橫梁的強(qiáng)度時(shí),可以把上橫梁假定是放在兩個(gè)支點(diǎn)上受兩集中力、兩端支撐的彎曲梁。如圖3-7所示。 圖3-7上橫梁受力圖 其中：　　P—公稱壓力,P＝8000KN； D—油缸臺(tái)肩尺寸,D =74cm；

41、 B—立柱中心距,B =160cm。 在主截面〔Ⅰ—Ⅰ〕所受彎矩： M== <3-13> =137375000N·cm Ⅰ—Ⅰ截面剪應(yīng)力： Q==4000000N 3.2.2 主截面〔Ⅰ—Ⅰ〕強(qiáng)度計(jì)算 因?yàn)榱旱闹虚g截面處彎矩是最大的,截面也較薄弱,最大彎矩位于梁的中點(diǎn)處,所以主要需要校核中間截面處的強(qiáng)度,該梁的截面處形狀與尺寸如圖3-8所示。 圖3-8 上橫梁等量簡(jiǎn)化截面 在計(jì)算中間截面的慣性矩時(shí),需要將等效截面分割成若干個(gè)小塊矩形面積,此次設(shè)計(jì)的上橫梁分成五塊,先算出W—W軸的慣性矩Jw。 Jw=<

42、3-14> 式中： Joi—各個(gè)矩形對(duì)自己形心軸的慣性矩, 　 Joi=<3-15> 式中： bｉ—每塊矩形面積的寬度〔cm〕； hｉ—每塊矩形面積的高度〔cm〕； Sｉ—每塊矩形面積對(duì)W—W軸的靜面矩〔cm3〕； Sｉ＝Aｉaｉ Aｉ—每塊矩形的面積〔cm2〕； aｉ—各個(gè)矩形面積的形心與W—W軸之間的距離h 表3-1 上橫梁截面慣性矩計(jì)算表 h１=<3-16> 截面對(duì)形心軸的慣性矩是： Jｚ= Jw－<3-17> 序號(hào) 截面 寬度

43、 截面 高度 截面 面積 截面 形心 至x 軸的 距離 截面對(duì) x軸的 靜力距 靜力距與 面積形心 至x軸距 離的乘積 各截面 積的慣 性矩 1 14 2 28 79 2200 173800 9.333 2 17 8 136 74 10060 744400 725.333 3 14 40 560 50 28000 1400000 74666.67 4 20 10 200 25 5000 125000 1666.67 5 14 20 280

44、 10 2800 28000 9333.33 總計(jì) 80 1204 48060 2471200 86401.33 H Jw=＝0.8640133×106+2.4712×106 ＝3.335213×106cm h１===39.2cm 　h２= h－h(huán)１=40cm <3-18> Jｚ= Jw－=3.33513×106－182×1024 =3.003437×106cm 受壓截面上彎曲應(yīng)力： ===182.957×<105Pa> <3-

45、19> 在受拉截面上彎曲應(yīng)力： ===182.957×<105Pa> <3-20> 均小于鑄鋼橫梁許用應(yīng)力。 3.2.3 主截面〔Ⅱ—Ⅱ〕強(qiáng)度計(jì)算 由上橫梁的受力情況可知,上橫梁受到的彎矩與剪切而產(chǎn)生的撓度是： f彎=<3-21> f剪=1.2×<3-22> 式中： P—公稱噸位〔kgf〕,P=8000N； D—油缸臺(tái)肩尺寸〔cm〕,D =74cm； B—立柱中心距〔cm〕,B =160cm； J—上橫梁主截面的慣性矩〔cm4〕,J=3003437 cm4； F1—受剪主立

46、板面積〔cm2〕,F1=40×15=1120 cm2； E—材料彈性模數(shù)〔×105Pa〕,E =1.05×1011 Pa； G—剪切彈性模數(shù)〔×105Pa〕,G =6×1010 Pa。 代入上式得： f彎= =0.01253cm f剪=1.2×=0.02472 上橫梁在公稱壓力下總變形量f： f = f彎+ f剪==<0.192～0.32> <3-23> 故上橫梁剛度符合要求。 3.3 本章小結(jié) 本章主要是對(duì)液壓機(jī)的工作缸與上橫梁完成了強(qiáng)度與剛度的計(jì)算。其中對(duì)工作缸進(jìn)行了缸體、缸口以及活塞部分的強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)上橫梁的危險(xiǎn)截面進(jìn)行了強(qiáng)度與剛度校核。通過(guò)計(jì)算,最終發(fā)現(xiàn)

47、液壓機(jī)的強(qiáng)度和剛度基本符合要求。 第4章 液壓機(jī)機(jī)身有限元分析 4.1 有限元分析簡(jiǎn)介 4.1.1 有限元分析原理 有限元分析它是利用比較簡(jiǎn)單的模型來(lái)替換復(fù)雜模型最后進(jìn)行求解。它會(huì)將每一個(gè)元素都假設(shè)為合理的相似解,之后進(jìn)行求解這個(gè)域最終的滿足條件,這樣就能夠得到最終的解答。當(dāng)然最終的解答并非精確解,而是一個(gè)相似解,但是這個(gè)相似解卻可以幫助我們解答實(shí)際的問(wèn)題。并且可以符合各種各樣的復(fù)雜形狀。 4.1.2 有限元分析軟件介紹 ANSYS軟件是發(fā)展比較早的一款軟件,同時(shí)也是運(yùn)用最多最廣的一款軟件.目前公司收購(gòu)了很多其他軟件。ABAQUS軟件主要是用在結(jié)構(gòu)分析而沒(méi)有流體分析方面。M

48、SC軟件比較老而且現(xiàn)在的更新速度緩慢,無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)在迅速發(fā)展的社會(huì)。ADINA軟件同時(shí)擁有結(jié)構(gòu)、流體和熱分析模塊,功能十分強(qiáng)大但是進(jìn)入中國(guó)的時(shí)間比較晚,目前還沒(méi)有打開中國(guó)的市場(chǎng).此次我所利用的有限元分析軟件是UG.該軟件中包含NX Nastran.Nastran是美國(guó)國(guó)家航空航天局為了完成當(dāng)時(shí)航天工業(yè)對(duì)結(jié)構(gòu)分析任務(wù)而開發(fā)的有限元程序, NX Nastran是當(dāng)前國(guó)際上使用最廣泛的CAE工具之一。在使用NX Nastran的過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)該軟件比ANSYS軟件更加方便,運(yùn)算更加快速。 4.2 模型建立 在UG8.0中分別建立液壓機(jī)的上橫梁〔如圖4-1所示〕、活動(dòng)橫梁〔如圖4-2所示〕、立柱〔如圖

49、4-3所示〕、缸體〔如圖4-4所示〕、工作臺(tái)〔如圖4-5所示〕和液壓機(jī)機(jī)身總裝配圖〔如圖4-6所示〕。所建立的模型如以下圖形所示： 圖4-1 上橫梁UG模型 圖4-2 活動(dòng)橫梁UG模型 圖4-3 立柱UG模型 圖4-4 工作缸UG圖 圖4-5工作臺(tái)UG模型 圖4-6 液壓機(jī)機(jī)身總裝配圖 此次我所做的機(jī)身有限元分析主要針對(duì)的是液壓機(jī)的上橫梁、立柱和工作臺(tái)進(jìn)行有限元分析,因?yàn)檫@三處的受力和位移較大。對(duì)這三處進(jìn)行有限元分析可以發(fā)現(xiàn)液壓機(jī)的最大應(yīng)力以及最大位移量并且判斷它的危險(xiǎn)截面。同時(shí)也可以得到最大的應(yīng)力和位移是多少。 4.3 液壓機(jī)機(jī)身有限元分析

50、 4.3.1 上橫梁有限元分析 在UG8.0的仿真模式打開已經(jīng)建立的上橫梁的模型。如圖4-7所示： 圖4-7 UG建模視圖 之后指派模型的材料為steel,如圖4-8所示： 圖4-8 模型指派材料示意圖 然后進(jìn)行網(wǎng)格劃分如圖4-9所示： 圖4-9 網(wǎng)格劃分操作示意圖 得到劃分網(wǎng)格后的圖形如圖4-10所示： 圖4-10 上橫梁模型劃分網(wǎng)格后示意圖 然后對(duì)模型進(jìn)行約束和施加載荷。在該模型中上橫梁是固定不動(dòng)的,所以我將上橫梁的四個(gè)角固定住,使它保持固定。上橫梁受到液壓機(jī)作用在其表面上的力的作用,該力作用于上表面的階梯圓上。施加約束和受力后的模型如圖4-11所示

51、： 圖4-11上橫梁模型施加載荷與約束示意圖 然后進(jìn)行求解,求解過(guò)程如圖4-12所示： 圖4-12 上橫梁模型求解過(guò)程 最后得到求解所得圖,最終的位移圖如圖4-13所示： 圖4-13 上橫梁有限元分析位移圖 由此圖可以得出最大的位移量為0.234mm,最大位移量在上表面的中心圓處。所得的應(yīng)力圖如圖4-14所示： 圖4-14上橫梁有限元分析應(yīng)力圖 由此圖可以得出最大的應(yīng)力為37.48Mpa。上橫梁在中心圓處和四周圓柱過(guò)渡處的應(yīng)力較大。 4.3.2 工作臺(tái)有限元分析 工作臺(tái)模型定義材料和劃分網(wǎng)格后的模型如圖4-15所示： 圖4-15 工作臺(tái)網(wǎng)格劃分示意圖

52、 因?yàn)楣ぷ髋_(tái)是固定不動(dòng)的,所以我將工作臺(tái)的下表面固定,工作臺(tái)受到的力最大為8000KN,該力作用于工作臺(tái)的上表面。處理后得到最終圖形。最終的位移圖如圖4-16所示： 圖4-16 工作臺(tái)有限元分析位移圖 由此圖可以看出工作臺(tái)的最大位移位于中心圓的外圈處。最大位移為0.0793mm。 工作臺(tái)的應(yīng)力圖如圖4-17所示： 圖4-17 工作臺(tái)有限元分析應(yīng)力圖 由此圖可以看出工作臺(tái)的最大應(yīng)力和最大位移位于大致相同的位置。該工作臺(tái)受到的最大應(yīng)力為：10.651Mpa。 4.3.3 立柱有限元分析 為了便于載荷施加,將立柱和上橫梁固定在一起進(jìn)行分析。因?yàn)榱⒅蜕蠙M梁是固定不動(dòng)的,所以將立柱的

53、四個(gè)底面進(jìn)行固定。將作用力施加于上橫梁的階梯圓處。劃分過(guò)網(wǎng)格后圖形如圖4-18所示： 圖4-18 立柱與上橫梁整體有限元分析網(wǎng)格劃分圖 施加約束和載荷,進(jìn)行處理后得到的位移圖如圖4-19所示： 圖4-19立柱與上橫梁整體有限元分析位移圖 由此圖可以看出立柱的位移比上橫梁的位移更小,所以立柱的位移相對(duì)較小。有限元分析后所得的應(yīng)力圖如圖4-20所示： 圖4-20 活動(dòng)橫梁與立柱整體有限元分析位移圖 由此圖可以看出立柱下方的應(yīng)力大小幾乎不變。而上橫梁上方的立柱的應(yīng)力幾乎為0。而立柱受到的應(yīng)力比上橫梁受到的最大應(yīng)力小。所以立柱較上橫梁更加安全。 4.4

54、本章小結(jié) 本章主要是通過(guò)有限元軟件對(duì)液壓機(jī)的機(jī)身進(jìn)行有限元分析。此次主要是對(duì)液壓機(jī)的上橫梁、工作臺(tái)和立柱進(jìn)行有限元分析。通過(guò)此次有限元分析可以直觀地看出液壓機(jī)各部件受到的最大應(yīng)力和最大位移量。并且可以發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)最大應(yīng)力和最大位移在什么地點(diǎn)。 千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符,此行不會(huì)被打印。"結(jié)論"以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。 結(jié)論 1. 本文所設(shè)計(jì)的是8000KN四柱式通用液壓機(jī),它可廣泛用于塑性材料的壓制加工工藝,如壓制、沖裁、彎曲、翻邊、薄板拉伸等。也可用于校正、砂輪成型、冷擠金屬零件成型等工藝； 2.此次對(duì)于工作缸的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了計(jì)算和校核,最后得到的工作缸的強(qiáng)度和剛度

55、完全滿足設(shè)計(jì)的要求；此外還對(duì)工作臺(tái)強(qiáng)度與剛度進(jìn)行了計(jì)算,它的強(qiáng)度與剛度均滿足要求； 3. 立柱與上橫梁及工作臺(tái)的連接方式為：上橫梁用立柱臺(tái)調(diào)節(jié)螺母支撐立柱臺(tái)肩支持在工作臺(tái)面上,兩頭使用螺母鎖緊,這種結(jié)構(gòu)方便上橫梁、工作臺(tái)預(yù)緊安裝和便于調(diào)整機(jī)器的精度； 4. 本液壓機(jī)采用常閉式立式充液閥,它是自動(dòng)開啟式的,具有很大的閥徑,采用上彈簧結(jié)構(gòu),質(zhì)量小,慣性小,動(dòng)作靈活可靠。 5. 本液壓機(jī)采用活塞式液壓缸,因?yàn)榛钊揭簤焊卓梢詢蓚€(gè)方向作用,即能完成工作行程。最終利用了有限元分析液壓機(jī)的機(jī)身受力和位移情況,該液壓機(jī)基本滿足要求。 參考文獻(xiàn) 1 王春香.基礎(chǔ)材料力學(xué)．．科學(xué),2007：38-

56、72 2 余新陸.液壓機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用．．機(jī)械工業(yè),2006：1-120 3 XX鍛壓機(jī)床廠.中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算．XX．XX人 , 2006：1-100 4 劉立軍.材料成型設(shè)備控制基礎(chǔ)．．大學(xué),2008：25-33 5 葛正浩,楊立軍. 材料成型機(jī)械．．化學(xué)工業(yè) ,2007：45- 57 6 黃誼.液壓與氣壓傳動(dòng)．．機(jī)械工業(yè) ,2000：13-46 7 張麗平. 液壓泵及液壓馬達(dá)原理、使用與維護(hù)．．化學(xué)工業(yè) 2009：20-32 8 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鍛壓學(xué)會(huì)編.鍛壓手冊(cè)第三卷．機(jī)械工業(yè), 1993：1-7 9 李壯云主編..中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典第五卷．XX科學(xué)技術(shù),2002： 112～126 10 朱龍根編.簡(jiǎn)明機(jī)械零部件設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè),2000：15-209 11 王連明．機(jī)械設(shè)計(jì)與課程設(shè)計(jì)．XX工業(yè)大學(xué),2008：123-149 12 王麗潔．畫法幾何及機(jī)械制圖．XX工業(yè)大學(xué),1998：229-317 致謝 圖紙清單 序號(hào) 名稱 大小 1 總裝圖 A0 2 工作缸部裝圖 A0 3 上橫梁 A0 4 大螺母 A3 5 導(dǎo)套 A3 6 活塞桿 A3 7 活塞頭 A3 8 系統(tǒng)原理圖 A1