曲柄壓力機機身的靜力分析

　　機身所受的曲軸作用力可根據(jù)曲軸工作原理,曲軸兩端軸固定在機身兩板之間并可周向轉(zhuǎn)動。將曲軸的工作原理簡化,其支點置于支撐頸的端部,因曲軸受力后產(chǎn)生彎曲變形,曲柄頸中部的變形大于兩邊的變形,因此連桿給予曲柄頸的作用力為非均布載荷,兩端大、中間小,故可以簡化為兩個集中力作用在曲柄頸的兩端。為了計算簡便,可對載荷作一些簡化:(1)齒輪對曲軸的作用力比連桿對它的作用力小得多,可忽略不計;(2)連桿對曲軸的作用力可近似看成等于公稱壓力,并分為兩個集中力作用于連桿軸瓦兩側(cè)。簡化后計算簡圖如圖1所示,由應(yīng)力圖計算兩支撐板所受的壓強和。 

　　模具固定在機身上,滑塊沖壓模具時模具同時對機身底座有一個作用力,大小約等于公稱力,由于在實際沖壓工作時,機身底座往往受到的沖應(yīng)力是不均勻的,實踐操作發(fā)現(xiàn),不均衡沖壓對機身的破壞遠(yuǎn)超過均衡沖壓,因此,本文對機身底座的受力分析假設(shè)為不均衡狀態(tài)。 

　　大致取底面面積的70%為模具作用面積,載荷非均布,即一側(cè)受力,另一側(cè)受力,計算壓強及,由于滑塊對模具的沖壓力不均衡,因此滑塊受到不均衡反作用力,產(chǎn)生力矩作用在機身導(dǎo)軌上,則;由滑塊結(jié)構(gòu)可見,導(dǎo)軌的反作用力:0.7F=M;F=M/0.7;壓強: 。 

　　機身裝在地面上,用螺栓固定,螺栓面約束三個方向的位移,同時,與地面接觸的機身底面面約束方向的位移。 

　　 

　　2 機身體的靜力分析 

　　本分析在PRO/E中對滑塊進行三維立體建模,通過ANSYS與PRO/E接口導(dǎo)入到ANSYS軟件中。選用適合分析受力較復(fù)雜的三維形體的受力和變形狀況的8節(jié)點且具有3個位移自由度的六面體單元劃分網(wǎng)格,建立有限元模型,圖2.1。 

　　根據(jù)機身體的受力情況,進行有限元分析,所得到的應(yīng)力及應(yīng)變分析結(jié)果如圖所示: 

　　1.應(yīng)力分析結(jié)果 

　　由于建模中忽略了焊縫及小孔處倒角,因此在應(yīng)力云圖中可以看到,圓角及筋板的一些連接處出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象,此處應(yīng)力稍大,可以通過焊縫和加大圓角半徑來解決。忽略集中應(yīng)力,由應(yīng)力云圖可見,機身曲軸Ⅰ支撐板處最大應(yīng)力在40～60MP之間(紅色區(qū)域),下端面最大應(yīng)力在20～40MP之間,由于受到不均衡力,因此在滑塊導(dǎo)軌處受到正壓力,其最大應(yīng)力在40～60MP之間(紅色區(qū)域),均小于許用應(yīng)力。 

　　由應(yīng)變云圖可見,機身上橫梁Ⅰ最大位移為0.321mm,兩端位移約為0.221mm,因此橫梁饒度,上橫梁Ⅱ最大位移為0.185mm,兩端最大位移約為0.150mm,因此橫梁饒度 

　　,在許用饒度范圍內(nèi),下端板中間位置最大位移為0.222mm,兩端最大位移約為0.012mm,因此橫梁饒度 

　　,在許用饒度范圍內(nèi),由許用饒度的,機身立柱側(cè)面許用應(yīng)變,立柱側(cè)面導(dǎo)軌處最大位移約為0.605mm,兩端位移約為0.277mm,因此橫梁饒度 

　　,在許用饒度范圍內(nèi),機身有很大優(yōu)化空間。 

　　 

　　3 機身體優(yōu)化方案一 

　　由以上分析結(jié)果可見,機身有很大的優(yōu)化空間,而側(cè)板及多處筋板受力很小,可挖空或減薄。經(jīng)過多次分析,選擇具體可優(yōu)化部分,確定具體優(yōu)化方案為:立柱內(nèi)側(cè)筋板、Ⅲ板上、下端板厚度減薄;Ⅰ板由兩塊板焊接在一起,前、后端板厚度減薄;Ⅱ板由兩塊板焊接在一起,前、后端板厚度減薄;下底座支撐板厚度減薄。對優(yōu)化后的力學(xué)模型進行有限元分析,得到分析結(jié)果如圖3.1所示。 

　　忽略集中應(yīng)力,機身曲軸Ⅰ支撐板及滑塊導(dǎo)軌處(紅色及黃色區(qū)域)應(yīng)力均小于許用應(yīng)力。由應(yīng)變云圖可見,橫梁Ⅰ饒度,上橫梁Ⅱ饒度,下端板饒度,機身立柱側(cè)面饒度,均在許用饒度范圍內(nèi)。按此優(yōu)化方案,優(yōu)化后機身重量減輕了12.8%。 

　　 

　　4 結(jié)論與總結(jié) 

　　本分析只是在半理想狀態(tài)下進行的分析,沒有全面考慮實際運作過程中不定向因素的影響,對于所得結(jié)果仍需要在樣機運行中進行驗證,實際操作中遇到的問題需要根據(jù)實際情況進行分析研究。 

　　通過本比較分析,初步得出新設(shè)計滑塊的合理性,在下一步工作中可將兩優(yōu)化方案相結(jié)合,尺寸優(yōu)化與拓?fù)鋬?yōu)化得到最佳優(yōu)化方案,保證壓力機質(zhì)量的同時減少成本。