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YSK-600A四柱油压机机身的有限元分析与优化设计毕业论文

 2020-02-17 07:02  

摘 要

液压机的液压结构的一个重要部分。机身由我们的一般方法设计得到的结构存在许多问题。例如,液压机主体的结构设计过于繁琐和经济效率相对较低,从而降低了液压机产品的竞争力。最大限度地提高经济效益和工作效率。本文分析了液压机结构在国内外的发展和国内液压机结构设计方法,并对国内外的液压机产品进行了结构分析总结,对他们的研究进行了一些了解并且做出了总结。据液压机结构设计,在国内外前面的情况,本工程采用三维结构设计软件SolidWorks和有限元分析软件ANSYS Workbench中的两款经典设计软件对YSK-600A四柱液压机身上进行有限元分析。优化设计的刚度和强度分析,应力应变分析和四个柱液压机主体的机身结构进行了优化。

关键词:四柱液压机;有限元分析;静态结构分析;优化设计

Abstract

An important part of the hydraulic structure of a hydraulic press. The structure of the fuselage designed by our general method has many problems. For example, the structure design of hydraulic press is too complicated and the economic efficiency is relatively low, which reduces the competitiveness of hydraulic press products. To maximize economic efficiency and efficiency. This paper analyzes the development of the hydraulic press structure at home and abroad and the structure design method of the domestic hydraulic press, and summarizes the structure analysis of the hydraulic press products at home and abroad, and has made some understanding of their research and made a summary. According to the structure design of the hydraulic press, in the front of the domestic and international situation, this project uses the two classical design software of the three-dimensional structure design software SolidWorks and the finite element analysis software ANSYS Workbench to carry out the finite element analysis YSK-600A four column hydraulic fuselage. The stiffness and strength analysis of the optimized design, stress and strain analysis, and the structure of the four main bodies of the hydraulic press are optimized.

Key Words:Four Column Hydraulic Press; Finite Element Analysis; Static Structure Analysis; Optimization Design

目 录

目 录 5

第1章 绪论 6

1.1 引言 6

1.2 国内外液压机的现状与发展趋势 6

1.3研究的主要内容、目的和意义 7

1.3.1研究的主要内容 7

1.3.2研究的目的和意义 7

第2章 YSK-600A四柱油压机机身三维模型的建立 8

2.1四柱液压机的基本结构和原理 8

2.2四柱液压机简化模型的建立 10

第3章 液压机机身的静力分析 12

3.1有限元分析理论 12

3.1.1有限元分析基本概念 12

3.1.2有限元分析基本步骤 13

3.2液压机机身的静力分析 15

3.2.1机身有限元模型的建立 15

3.2.2液压机机身的材料属性设置 16

3.2.3网格划分 17

3.2.4施加约束和载荷 18

3.2.5结果分析 18

第4章 液压机机身的模态分析 21

4.1液压机整体模态分析 21

4.1.1施加载荷后的整体的模态分析 21

4.2施加载荷后的上梁后模态分析 22

4.3施加载荷后的滑块模态分析 23

4.4施加载荷后的下梁模态分析 24

4.5施加载荷后的下底座模态分析 24

4.6 液压机机身机架的振型分析 25

4.6.1模型边界条件的建立 25

4.6.2模态分析结果 26

4.6.3工作台的尺寸优化 31

总结 33

参考文献 34

致谢 36

第1章 绪论

    1. 引言

许多学科的研究成果必须通过产品和生产力的生产被转化为人类的需求进行。现代装备制造产业的发展,是从冲压设备是分不开的。冲压设备已广泛应用于各种行业,如汽车生产,航空航天等行业。大多数的汽车零部件都通过锻造制造,其发展对装备制造业的水平显著的影响[1]。液压机生产的产品使用最广泛的设备之一,它被广泛应用于工业生产的各个行业。它的发展状况反映了工业生产的一个国家在一定程度上水平。液压机被广泛应用于国民经济建设的各个领域,具有多种快速发展,并已成为机床行业的重要组成部分。在激烈的市场竞争条件下,产品的设计技术,快速降低成本,响应用户的需求是为提高企业效率,增强企业的市场竞争力具有重要意义[2]

液压机的类型根据不同的分类条件来说有很多种,但是,就一般而言,液压机的基本组成包括主机、液压系统和操作系统。其中,液压机的主体部分占据在液压机的重量相当大的比例,我们研究的重点在于现代设计软件与液压机结构的设计优化,这就显得十分有必要了。

1.2 国内外液压机的现状与发展趋势

 中国的液压机制造商具有强大的产品种类,性能和外观相似性。骨干公司可以生产几乎所有系列的独立产品,这是多工艺形成过程中的主要过程,但他们缺乏专,精,特产品和成套的产品。液压机产品,由于缺乏工艺验证阶段的交付之前,企业往往陷入这种比较尴尬的局面[3]

为了适应介质和小批量的生产,加工设备可以是一个必要的快速调节,这使得液压机理想注塑工艺设备。特别是,液压系统实现的可以单独调节压力和行程速度的功能,这种液压机不但可以实现复杂的工件和非对称的工件的加工,也可以实现非常低的废品率。这种类型的治疗也适用于长行程,但是难以形成和高强度的材料。可变功率组合,短的加工时间,并且基于该工件,这是优于加工系统的长度简单的压力行程调节[4] [5]

专用和重型液压机产品的制造集中在强大的企业。用于汽车工业的液压机区域主要从事原始机械工业部的液压机械制造企业;用于锻造的成型液压机主要由骨干企业和重型机械企业组成。液压机的产品在国内外,应用的范围是不同的。然而,总的发展趋势是高速度和智能化。

继电器控制模式是已经持续了几十年的传统的控制方法。该电路结构十分的简单,对于技术的要求也不高,成本低,相应的控制功能简单,并且适应性不强。它适用于大型机器的生产和低精度要求的产品加工(如餐具,厨房用品等),它也可以形成简单的生产线,但由于电路的限制,稳定性,灵活性。目前,许多液压机制造商都在中国,主要是基于这种类型的机器,和最常用的对象是小加工厂或民用产品具有低的加工精度。许多国外厂商只保留这种类型的机器的生产能力,但主要用于生产以下两个技术要求很高的机型[7]

工业控制机器控制模式是在计算机控制技术的成熟发展的基础上,采取了高科技控制方法。这个控制方法采用工业控制机或单芯片/单板机作为主控制单元,实现了液压系统的通过外围接口设备的控制,各种传感器形成用于精确控制目的的闭环回路控制系统。

1.3研究的主要内容、目的和意义

1.3.1研究的主要内容

(1)建立合理的组装和分析模型。创建的主要部件的一个三维模型诸如上梁、中间滑块、下梁以及在3D软件列和组装。。

(2)液压机的静力分析。根据实际工作条件下的液压机的状况、根据液压机器的受力载荷状况,对机身进行模态分析和振型分析,分析机身产生的应力分布和等效变形。

(3)分析结果的评价。根据上述的静态分析的结果,在冲压机主体的原始设计和每个主要组件进行评价。

(4)模型的优化。建立我们课题所需要的四柱液压机简化之后的模型,并对其进行模态分析和振型分析。

1.3.2研究的目的和意义

本课题研究四柱液压机的基本结构的三维实体模型的建立并且对其进行Ansys Workbench进行划分网格进行模态分析,从而得到机身及其重要零部件的模态分析结果以及相应的固有频率和振型,为了下一步对四柱液压机整体进行的质量优化或者结构优化奠定了一定的理论分析依据,从而可以让四柱液压机的实际优化设计有了可以实现的基础,使四柱液压机的生产效率最大化,得到更大的经济效益。

第2章 YSK-600A四柱油压机机身三维模型的建立

2.1四柱液压机的基本结构和原理

四柱液压机被广泛应用于现代工业,是一种常用的结构形式。它具有高的加工工艺和结构简单的特点。四个柱液压机由两个部分组成:主单元和控制单元。液压机的主要部分包括:液压缸,梁,柱和液体充填装置。液压机适用于塑料材料的压制过程。如粉末产品成型,塑料成型,冷(热)挤出金属成型,片材拉伸和交叉压力,弯曲,折叠校正等工艺。四个柱液压机具有单独的电源和电气系统。它由按钮控制和可以调节的,分为手动和半自动的[7]

ⅰ)机身刚度好:由于采用了螺栓预应力结构,当承受载荷时,机身变形小,另外,立柱和拉杆受力分开,立柱抗弯刚度高,故整体变形较小;

ⅱ)以立柱为导向,导套抗侧推力能力差,且立柱有弯曲变形,承受复杂应力,导向精度一般;

ⅲ)立柱抗疲劳能力不如框架式。

下面是一些基本的四柱液压机的实体图片:

上梁移动下顶式液压机

图2.1液压机实体图

金属制品切边机/整形机/压装机 四柱液压机

图2.3液压机实体图

图2.2液压机实体图

https://gss3.bdstatic.com/-Po3dSag_xI4khGkpoWK1HF6hhy/baike/c0=baike116,5,5,116,38/sign=aac42b0dd1a20cf4529df68d17602053/91ef76c6a7efce1b6e506440ae51f3deb58f65c5.jpg

图2.4液压机实体图

图2.5 图2.6

图2.7

图2.5-2.7模型图

2.2四柱液压机简化模型的建立

根据以上四柱油压机的基本组成结构来看,为了接下来要进行的机床有限元分析,我们可以对四柱油压机模型的建立进行一个简化建模设计。

把形状完整地划分,理论上如果每个单元都通过检查(单元质量的检查后续会讲解到),那么结果应该是最好的。但现实却不是这样,这个前面我们也提到过。要考虑这两个方面:

如果不简化模型,要适应模型那些微小细节,就需要划分尽量小的单元(而且有时候不一定能成功),而单元越小,计算机求解时间越长,有时候甚至导致计算机内存爆满而死机。如果模型本身又很大,网格数量可能就会是天文数字。

微小细节的地方,网格质量往往不怎么好,如果强行求解,求得的结果收敛性可能很差,准确度反而不好。

上面提到的这些在简化后,不会对结果有什么影响。这里所说的不影响结构的特性,一般指结构的刚度,如果单元划分不成功,很可能就是某些单元的问题,这时你就可以定位到这些单元去简化模型[8]。

如下图所示,我们利用三维建模软件Solidworks进行了本课题四柱液压机的基本建模设计:

以下为已经经过简化后建成的四柱液压机的三维模型,由于接下来要进行Ansys分析,从而对模型进行了比较多的简化。

图2.8液压机三维模型图

第3章 液压机机身的静力分析

3.1有限元分析理论

有限元分析是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。节点力并不会在应力中引起局部应力集中。还是应该顺畅变化的领域?答案在通常的有限元方法中,这些节点力是非常虚构的,虽然它们是用来平衡彼此和施加的力的。虽然施加的力可能必须转换为兼容的,但形式也!说我们将剥离一些神秘,治疗将仍然是短暂的。对于希望更多的读者,我们将使用有限元底漆的方法和符号。我们通过去做一个开始非常基础的结构分析,从一个简单的例子开始,然后推广到一个完全任意的结构。基本所有结构分析可以概括为四个独立的(但联系起来的)条件。建模和满足基本假设通常指向简化结构或部件的类型。因此,构件如果是是杆/杆、梁、板、壳或这一阶段导致了FE方法的根本原因——假设元件中应变或位移场的性质。框架中的销端杆可以仅具有一个轴向应变分量。细长的梁或薄板可以具有线性应变分布。通过厚度。3D连续体可能无法访问任何假设字段因此,这一阶段是由几何驱动的,但是我们延迟引入到适当的有限元,并考虑其他三个阶段。在平衡应用的方程中满足平衡结果力对结构的抗应力。这些可能是表面力或内部作用力[9]

可以扩展到包括“惯性力”,当然也包括应力,位移等都是时间的函数。在许多情况下(也许大部分)菌株很小,可以写下来。物体的平衡方程忽略了形状的微小变化。我们将首先做这件事,并将其归因于材料失效导致的非线性行为,或者在几何变化时屈曲。如果平衡方程足以使我们完全解决结构中的应力,则称此结构为静态的。确定的。在实践中,很少有结构是静态确定的。这样的结构有一个明显的缺点,即如果一个部件失效,整个结构就变成一个机构,即它掉落。下来。静定结构非常不安全。那里至少有一种情况是静态确定性是一种优势,即如果热加热是重要的。静定结构应力仅取决于所施加的负载而不受温度影响。(协和式飞机内的肋骨是这样制成的,因为燃料在里面。)机翼旨在冷却非常热的外表面。如果一个结构是静态不确定的或冗余的,那么接下来的两个必须引入条件和方程。并且可以从它们得到,如果位移连续变化。我们表明,它只是意味着几何参数可以。用一次位移表示应变[10] [11]

有限元法特点主要包括以下几点:具有较强的边界适应性,节点可以随意配置;能够很好的使用任何载荷与支撑力;在网格划分时可以根据计算精度的要求进行,因此计算精度可以人为控制[12]。

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