某液压机机身的有限元分析

湖 南 涉 外 经 济 学 院本科毕业论文题目 某液压机机身的有限元分析作者 李卢鹏学院 机械工程学院专业 机械设计制造及其自动化学号 12432325813615指导教师 黄彩霞二一六年五月十日I湖 南 涉 外 经 济 学 院 本 科 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 诚 信 声 明本人声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立开展工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或创作过的作品成果。对本文工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本 科 毕 业 论 文 作 者 签 名 ： 二 一 六 年 五 月 十 日II摘 要液压机机被广泛应用于国民经济建设的各个部门，种类繁多，发展迅速，成为机床行业的一个重要组成部分。激烈的市场竞争条件下，降低成本、快速响应用户需求的产品设计技术对于提高企业效益和增强企业市场竞争力有重要的意义。本文采用软件对液压机的机身进行静力分析和模态分析，通过利用软件的有限元分析以提升产品质量、缩短设计周期。本文首先对机身的工作原理进行分析后，得到机身的约束条件、受载方式。然后利用 Solidworks 软件对机身进行三维建模并静力分析，从而得到应力、应变、位移最大值位置。同时也进行了模态分析，得出五阶频率的振型，从而得到振动频率下某一方向的最大振型，给结构设计提供一定的参考价值。关键词：液压机；机身；有限元分析；SolidworksIIIABSTRACTHydraulic press machine is widely used in various sectors of the national economy, a wide range of rapid development,it become an important part of the machine tool industry. In a highly competitive market conditions，reduce costs and quickly respond to user demand for the product design technology to improve business efficiency and enhance market competitiveness of enterprises of great significance. In this paper, the static analysis and modal analysis of the body of the hydraulic press are carried out by software,by using the finite element analysis of the software to improve the product quality and shorten the design cycle. Firstly, the working principle of the machine body is analyzed, and the constraint condition and load mode are obtained. Then, the Solidworks software is used to carry out the 3D modeling and static analysis of the fuselage, and the position of the maximum stress, strain and displacement is obtained. At the same time, the modal analysis is carried out, and the mode of the five order frequency is obtained, and the maximum vibration mode of a certain direction under the vibration frequency is obtained, which provides a reference value for the structure design.Keywords: Hydraulic press; The fuselage; The finite element analysis; Solidworks IV目 录诚信声明摘要Abstract第一章 前言11.1 液压机机身的研究意义和背景1 1.2 液压机的国内外研究现状31.2.1 国外研究现状271.2.2 国内研究现状271.3 研究方法及其前景4 第二章 液压机机身的三维模型52.1 Solidworks 简介52.2 Solidworks 建模步骤 52.3 建立三维建模6第三章 液压机机身的静力分析143.1 Solidworks 有限元分析 143.2 定义材料参数143.3 施加约束和载荷153.4 划分网格163.5 得到应力应变位移结果173.6 分析变形17第四章 液压机机身的模态分析194.1 模态介绍194.2 Solidworks 模态介绍 194.3 Solidworks 有限元分析 194.4 模态分析结果22结论23V参考文献24致谢25湖南涉外经济学院本科毕业生毕业论文（设计）1第一章 前 言液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一。l9 世纪问世以来发展很快，已经成为工业生产中不可或缺的设备之一。由于液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。如板材成型；管、线、型材挤压；粉末冶金、塑料及橡胶制品成型；胶合板压制、打包；人造金刚石、耐火砖压制和炭极压制成型；轮轴压装、校直等等。各种类型液压机的迅速发展，有力地促进了各种工业的发展和进步。自八十年代以来，随着微电子技术、液压技术等的发展和普及，液压机有了飞速的的发展。目前，液压机的最大标称压力已达 750MN，应用在金属的模锻成型。很多机型已采用 CNC 或工业 PC 机来进行控制加工，使产品的产品合格率和生产率有了相当大的提高。随着科学技术的提高，金属压制和拉伸制品更新速度逐年提高，与此同时，对产品种类的需求也越来越多，另一方面产品的生产批量日益减少。为了更好的与中、小批量生产相适应，需要能够相应的调整加工设备，使液压机成为实用的成型工艺设备。特别是当液压机系统实现具有对压力、行程速度单独调整功能后，不仅能够实现对复杂零件以及不对称零件的加工，实现了很小的废品率。这种加工方式还适合于较长行程、难成型以及高强度的材料。可改变的动力组合、相当短短的加工时间、可根据零件长度的简易的压力行程调整，这与机械加工系统相比，有其先进性。1.1 液压机机身的研究意义和背景液压机与传统的冲压工艺相比，液压成形工艺在减轻重量、减少零件数量和模具数量、提高刚度与强度、降低生产成本等方面具有明显的技术和经济优势，液压机在工业领域特别是汽车生产制造中得到了越来越多的应用。在汽车工业及航空、航天等领域，减轻结构质量来节省工作中的能量是人们一直努力的目标，也是先进制造技术发展的趋势之一。液压成形就是为实现结构轻量化追求的一种先进制造技术。液压成形也被称为“内高压成形”，它的基本原理是以管材作为原材料，在管材内部施加高压液体同时，对毛坯的两端施加轴向推力，进行补料。在两种外力的共同作用下，管坯材料发生塑性变形，并最终与模具型腔内壁贴合，得到形状与精度均符合技术要求的中空零件 1。液压技术的快速发展对促进整个工业化的良好发展都有着十分重要的影响。对于空心变截面工件，相对传统的制造工艺是先冲压成形两个半片，之后再焊接成一个整体，而液压成形就可以一次整体成形沿构件截面有变化的空心工件。液压成形技术和工艺的主要优点： 减轻质量，节约材料。对于汽车发动机托架、散热器支架等典型零件，液压成形件比冲压件减轻 18%42%；相对于空心阶湖南涉外经济学院本科毕业生毕业论文（设计）2梯轴类零件，可以减轻 41%51%的重量。减少零件和模具数量，降低模具费用。液压成形件通常只需要 1 套模具，而冲压件大多需要多套模具。液压成形的发动机托架零件由 6 个减少到 1 个，散热器支架零件由 17 个减少到 10 个。可减少后续零件加工和组装的焊接工作量。以散热器支架为例，散热面积增加40%，焊点由 170 个减少到 25 个，工序由 12 减少到只有 5 道，生产率可相应的提高 70%。提高强度与刚度，特别是疲劳强度，如液压成形的散热器支架，其刚度在垂直方向可提高 37%，水平方向可提高 54%。减少生产成本。根据对已应用液压成形工件的统计分析，液压成形件的生产成本比冲压件平均降低18% 22%,模具费用降低 21%33% 。因此，更快的加强对液压技术的发展研究则显得非常重要。尤其是近几年来，人们对金属压制品与拉伸制品需求量的逐年提升，液压机更是得到了更广泛的应用。图 1.1 YH30-400 液 压 机湖南涉外经济学院本科毕业生毕业论文（设计）31.2 液压机的国内外研究现状1.2.1 国外研究现状国外对液压机的研究主要集中在液压机的高性能的工业控制机控制方式的液压机产品。如美国 MULTI-PRESS，丹麦 STENHOJ 及加拿大的BROWNBOGGS 等公司。正是因为采用这种先进的控制方式，使整机的控制性能，生产效率都有很大提高。采用工业控制机控制方式的产品，成熟的产品是采用可编程控制器（PLC）的控制方式 2。作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型在加工工艺和安装方面，良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计 3。插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。国外已开始广泛采用封闭式循环油路设计。这种油路设计有效地防止泄油和污染。更重要的防止灰尘、污物、空气、化学物质侵入系统，延长了机器的使用寿命。由于加工工艺等方面的原因，国内采用封闭式循环油路设计的系统还不多见 4。在安全性方面，国外某些采用微处理器控制的高性能液压机利用软件进行故障的检测和维护，如 BROWNBOGGS 产品可实现负载检测 5、自动模具保护以及错误诊断等功能.。1.2.2 国内研究现状国内液压机单机的技术水平已经可以与国际中等或较先进水平相比。很多液压机生产企业通过技术引进或与国内外同行业的合作，技术发展的非常快 6。但在一些技术含量较高的液压机中，某些关键技术，如液压和电控部分，还要通过与国内外的企业或研究单位合资建立公司合作，许多相对高档的液压元件和电控元件还主要依靠进口。目前，国内液压机产品还是以单机或单机组成的没有相关联的生产线为主，主要依靠人工上下料，带半自动的上下料的液压机台数还不足 5%，由多台机器组成的全自动化生产线基本上还处于起步阶段。从产品分布上看，低档的液压机主要集中在小吨位上，其台数占有量超过总数的60%但产值不超过 40%，一般都是小吨位的四柱或单柱液压机。具有一定技术含量的中档框架液压机的产值超过 45%用于特殊场合的在控制上比较先进的高档产品产值占有率约在 15%左右，这类液压机一般采用先进的电液比例技术，来提高和达到一定的特殊功能。 国内液压机的技术最早是从前苏联 7引进和吸收的，国内生产的液压机在刚度和强度上远远优于日本及韩国的产品，与欧美的产品相当。和国外产品比湖南涉外经济学院本科毕业生毕业论文（设计）4较，我国的产品在质量方面还存在很多的不足：在安全性方面，故障率还比较大，主要集中在液压系统方面，很多原因是因为液压和电器元件的安全性低引起的；漏油问题在国产液压机中很普遍；关键件的加工精度还要提高；在外观和美观方面和国外公司的产品比较还有相当长的差距。1.3 研究方法及其前景通过对液压机的有限元分析，对液压机结构和模态分析有了更好的科学依据。通过结构模态分析得出有效可靠的数据，从而保证液压机的强度和稳定性。也可以很好的得到液压机的失效形式，为以后液压机的设计提供帮助 8。个人认为对液压机的有限元分析，能科学有效的对物体进