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快锻液压机机架的有限元分析

张盛华  
【摘要】: 快锻液压机作为压力加工的重要设备,已经成为工业生产中必不可少的装备之一。本文在研究快锻液压机的原理、结构特点及结构分析有限元方法的基础上,以西安重型机械研究所新研究开发的12.5MN双柱下拉式快锻液压机为例,建立了快锻液压机机架的三维有限元模型,分析了在静、动态载荷下,快锻液压机机架的应力和位移分布规律,并对机架进行了模态分析,为双柱下拉式快锻液压机的设计提供了可靠的理论依据,具有一定的理论意义和实际应用价值。 本文的主要研究内容和结论有: (1)建立了快锻液压机三维几何模型、力学模型、静态和瞬态动力学模型。 (2)通过对快锻液压机正载、沿框架平面偏载和垂直框架平面偏载三种典型工况的有限元分析,得到三个不同工况下机架的应力和位移分布规律。其主要结论为:机架的四个拐角为主要应力集中区,即为机架的危险截面;动载和静载下,机架的应力和位移分布趋势基本一致,但在动载冲击下,危险截面的最大应力增加40%左右;偏载对液压机横梁及立柱的应力分布有较大影响,偏载会使机架危险截面的最大应力增大20%左右。 (3)通过对快锻液压机的机架进行模态分析,得到了机架的前十阶固有频率及相应的固有振型等动态特性参数。结果表明:机架不仅有前后,上下及左右方向的弯曲振动,而且有扭转振动,这些振动将影响机架的强度和刚度,加重机架导向部分的磨损,影响锻件的精度及模具和液压缸的使用寿命,因此,在设计过程中应适当增加局部刚度和阻尼来抑制这些振动的影响;该机架整体的刚度和质量分布较为均衡,无明显的薄弱部位和过剩部位,机架的动态性能良好;机架的最小频率为23.758Hz,远远大于其冲击频率1.33Hz(即80次每分钟),不会发生共振;且大于20Hz,满足降低噪声污染的设计要求(因为小于20Hz为次声波,处于次声波环境中的人极易疲劳)。 (4)分析结果表明:该12.5MN双柱下拉式快锻液压机机架危险截面静载时的最大应力在60-90MPa之间,动载时的最大应力在90-150MPa之间,远小于机架材料的屈服极限270MPa,且动态性能良好,设计比较合理。 西北丁一业人学硕卜学位论文 本文研究的快锻液压机机架静动态、正偏载的应力分布规律及模态分析结 果,为新式快锻液压机的设计提供了可靠的依据。


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