整體框架式雙點壓力機機身有限元分析及優(yōu)化設(shè)計

文/肖政，榮璐，閆長海，盛娟·江蘇省徐州鍛壓機床廠集團有限公司

整體框架式雙點壓力機機身有限元分析及優(yōu)化設(shè)計

文/肖政，榮璐，閆長海，盛娟·江蘇省徐州鍛壓機床廠集團有限公司

肖政，工程師，主要從事智能鍛壓機床的研發(fā)設(shè)計及售前售后服務(wù)技術(shù)支持工作，參與完成的SD-110型數(shù)控型開式多工位壓力機項目榮獲江蘇省科學(xué)技術(shù)進步獎三等獎，擁有2項發(fā)明專利、5項實用新型專利。

整體框架式雙點壓力機機身結(jié)構(gòu)特點

機身是壓力機的主要部件之一，機身把壓力機的全部零部件聯(lián)結(jié)成為一個整體，當(dāng)壓機工作時，機身承受金屬的變形力，機身在變形力的作用下出現(xiàn)的彈性變形會影響到?jīng)_壓件的質(zhì)量和模具的壽命。另外，運動部分的速度和受力的變化引起的振動，將部分地被機身吸收。機身的特點是重量大，約占整個機器的60%；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工量大，約為整個壓力機加工量的30%。因此，機身的設(shè)計質(zhì)量對節(jié)約金屬材料、提高產(chǎn)品質(zhì)量及壓力機的外觀形式等方面都有很大的影響。

機身的設(shè)計要求

機身在滿足一定強度和剛度的要求下，力求重量最輕，以節(jié)約金屬；機身的結(jié)構(gòu)力求簡單，便于壓力機的部件及零件的調(diào)整、修理、檢查和吊裝，還必須具有好的工藝性，易保證加工精度，減少加工量，這對降低壓力機成本和縮短制造周期都非常重要；機身必須有一定大小的底面積，以保證壓力機的穩(wěn)定性。在滿足以上要求的情況下，還應(yīng)力求機身外形的美觀。

曲柄壓力機的機身一般有開式機身和閉式機身兩大類，開式機身因剛度差，精度及穩(wěn)定性不好，主要應(yīng)用于要求不高的400t以下的壓力機中。閉式機身一般稱之為框架式機身，這類機身從組成的方面來分有整體機身和組合機身。組合機身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工及安裝調(diào)試周期長，成本較高，對于630t以下的閉式雙點壓力機而言，整體框架式機身在結(jié)構(gòu)、交貨周期及成本面具有明顯優(yōu)勢，非常受市場歡迎。本文就是針對整體框架式機身進行分析的。

建立模型

整體框架式壓力機機身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)機身剛度計算方法，從圖1所示結(jié)構(gòu)來看，影響機身剛度與重量的主要因素在機身側(cè)板、前額板、齒輪箱板和下支承板四塊板料上，所以我們依此設(shè)定不同變量建立三維模型，對不同模型進行有限元分析，觀察不同尺寸對機身剛度與重量的影響。機身三維模型如圖2所示。

圖1 整體框架式壓力機機身圖

圖2 機身三維模型圖

有限元分析

為了簡化計算，更加突出各變量對剛度的影響，現(xiàn)將對機身的有限元分析分為三部分：即分別對機身側(cè)板部分、上梁部分（包括齒輪箱板及前額板）、下梁部分（包括下支承板）進行分析（在分析其中一個部分時，其余兩個部分相關(guān)數(shù)據(jù)為常量）。有限元分析圖如圖3所示。分析涉及參數(shù)：側(cè)板厚度尺寸A、前額板寬度尺寸B、前額板厚度尺寸C、下支承板寬度尺寸D、下支承板厚度尺寸E、齒輪箱板寬度尺寸F和齒輪箱板厚度尺寸H。

圖3 有限元分析圖

⑴對機身側(cè)板因素進行分析。表1是以側(cè)板厚度尺寸A為變量（其他尺寸不變）的有限元模擬結(jié)果。通過分析可以發(fā)現(xiàn)：側(cè)板厚度尺寸A對上梁及下梁剛度影響不明顯，對機身重量卻有較大影響，每增加10mm厚度，機身重量增加2.4t。

⑵對上梁部分進行分析。將前額板寬度尺寸B及厚度尺寸C，齒輪箱板寬度尺寸F及厚度尺寸H設(shè)為變量，其他板材尺寸不變，有限元分析結(jié)果見表2。通過有限元分析發(fā)現(xiàn)，前額板寬度尺寸及齒輪箱板寬度尺寸對上梁剛度影響較大，厚度尺寸對上梁剛度影響較小，因此增加這兩塊板的體積對整機重量影響較小。

⑶對下梁部分進行分析。將下支承板寬度尺寸D及厚度尺寸E設(shè)為變量，其他板材尺寸不變，有限元分析結(jié)果見表3。通過有限元分析發(fā)現(xiàn)，下支承板寬度尺寸對機身下梁的剛度影響較大，厚度尺寸對下梁剛度的影響次之，因此增加此塊板料的體積對整機重量影響不大。

表1 對機身側(cè)板進行分析

表2 對上梁部分進行分析

表3 對下梁部分進行分析

總結(jié)

將整體框架式雙點壓力機機身分成三大部分，通過三維建模及有限元析，我們可以很直觀地找到各塊板料對機身各單元剛度及重量的影響，為設(shè)計提供了理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。從本文所舉例的閉式雙點250t壓力機計算數(shù)據(jù)可以看出前額板、齒輪箱板、下支承板的寬度及厚度尺寸對機身剛度影響較大，尤其是寬度尺寸，我們在優(yōu)化設(shè)計時可以重點考慮增加這幾塊材料的尺寸以提高機身剛度，減小其他板材尺寸以降低整機成本。舉一反三，在其他類似的結(jié)構(gòu)件中，我們可采取同樣的分析方法，快速、高效地針對用戶的需求設(shè)計出最高性價比的產(chǎn)品。