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压力机 动态 数值 模拟 及其 仿真 分析 理工

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压力机的动态数值模拟及其仿真分析（桂理工）,压力机,动态,数值,模拟,及其,仿真,分析,理工

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桂林理工大学本科毕业设计论文学 号： 3110644231 题目类型： 设计 (设计、论文、报告)桂林理工大学GUILIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本科毕业设计(论文)题目： 压力机的动态数值模拟及其仿真分析 学 院： 机械与控制工程学院 专业(方向)： 机械设计制造及其自动化 （机械装备设计与制造） 班 级： 机械11-2班 学 生： 覃国瑞 指导教师： 刘建伟、秦建华 2015年 5 月 30日26摘 要压力机是机械生产制造中的一种重要设备，是国家制造能力水平的一个重要象征，是国家经济发展基础制造设备。随着我国机械工业的快速发展，对压力机的性能要求也越来越高；因此对压力机的设计研究日益重要。随着虚拟样机技术在设计制造领域的不断应用，应用虚拟样机技术对压力机的设计分析研究成为了压力机生产制造中的一个重要环节。本文以Y32-100三梁四柱液压压力机为研究对象，利用Pro/E软件进行建模，再将模型导入ADAMS软件和ANSYS软件进行仿真分析。分析液压压力机快速下行阶段滑块与工件碰撞时的碰撞力和滑块的运动，在慢速加压阶段不同压力时工件的受力变形，液压缸在液体最大压力时的受力情况，滑块和液压杆在受到最大的力时的等效应力分以及结构优化。本文研究Y32-100三梁四柱液压压力机主要机构的运动和受力分析，以了解液压压力机在工作中的一些情况，为液压压力机的设计研究提供技术基础。关键词：压力机；仿真分析；ADAMS软件；ANSYS软件Numerical Simulation Analysis and Simulation of the pressStudent:QIN Guo-rui Teacher:QIN Jian-huaAbstract：Machinery manufacturing in the press is an important device, is an important symbol of the countrys manufacturing capacity level, the national economic development basic manufacturing equipment. With the rapid development of Chinas machinery industry, the press increasingly high performance requirements; therefore design research on the growing importance of the press. With the continuous application of virtual prototyping technology in the field of design and manufacture, the design of the application of virtual prototyping technology analysis of the press has become the press manufacturing is an important part.In this paper, Y32-100 three-beam four-column hydraulic presses for the study, the use of Pro / E software for modeling, then the model into ADAMS software and ANSYS software simulation. Analysis of hydraulic presses fast downward movement phase collision force and slider slider collision with the workpiece, the pressure at different stages of the slow pressure stress deformation of the workpiece, the hydraulic cylinder when the liquid maximum pressure force, the slide equivalent stress block and hydraulic rod when subjected to the maximum force of the points and structure optimization.In this paper, Y32-100 three-beam four-post hydraulic press main body motion and stress analysis, to understand the hydraulic presses at work in some cases, provide a technical basis for the design study of hydraulic presses.Key words: press；simulation；ADAMS software；ANSYS software目次摘 要IAbstractII 1 绪论11.1 选题的目的和意义11.2 压力机的研究现状11.3主要研究内容22 液压压力机数学模型的建立42.1 液压压力机结构的简化42.2 液压压力参数尺寸的确定42.3 液压压力机几何模型的建立52.4 本章小结63 液压压力机仿真分析73.1 液压压力机的特性分析73.2 液压压力机的碰撞力和滑块运动分析83.2.1 不同初始速度下的分析83.2.2 比较不同初始速度下碰撞力和滑块运动123.3 慢速加压阶段时工件的受力变形分析123.3.1 工件在不同力下的受力变形分析123.3.2 比较四种不同压力下工件的受力变形173.4 液压压力机的主液压缸受力变形分析183.5 滑块和活塞杆在最大压力下的受力变形分析193.5.1 原始滑块和活塞杆模型的受力变形分析193.5.2 优化后滑块和液压杆模型分析203.6 本章小结214 总结22致谢23参考文献241 绪论1.1 选题的目的和意义21世纪科学技术快速发展，在这背景下机械工业正向高速化、柔性化、现代化方向发展。世界锻压工业的柔性自动化发展不断加快。锻压设备大规模运用于船舶、汽车、航空等机械生产领域。汽车工业是国民经济重要产业，是一个国家工业发展水平的重要标志之一，其发展推进了锻压技术及装备的发展。锻压行业在工业生产中的地位越来越重要。 锻压机械是在机械加工中主要运用于成形以及分离的机械设备,锻压机械中应用最广泛是压力机,它在锻压机械设备中的运用占的80%以上的比例。压力机主要以分为两类。使用液体传动压力的被称为“液压压力机”。使用机械传动压力的被称为“机械压力机”。本文以液压压力机为研究对象对压力机进行分析。液压压力机的主要特点是压力可调节、行程较长、加工速度稳定、不会产生超负荷等等1。液压压力机主要运用为折弯、冲裁、拉伸、粉未、金属成型、压装、挤压等。三梁四柱液压压力机是液压压力机中广泛应用的一种类型，其结构简单、经济、实用、工作可靠、动作直观、维修方便。三梁四柱液压压力机主要适用于各种可塑性材料的压力加工和成形，如钢板的弯曲、挤压、拉伸和金属零件的冷压成形，也运用于粉末制品、胶木、砂轮、树脂热固性制品的压制25。在机械行业快速发展的今天，对压力机的研究显得越来越重要。本文通过对Y32-100三梁四柱液压压力机的仿真分析，以了解液压压力机在工作中运动情况以及主要受力部分的受力情况。为进一步对压力机的生产、设计、研究提供技术基础。1.2 压力机的研究现状世界上第一台的平锻机和蒸汽锤生产于19世纪30年代之间 ，六十年代开始有了用于冲压的液压机，十九世纪末曲柄压力机和应用于锻造的液压机才出现。20世纪由于机械工业的大力发展，曲柄压力机和锻造压力机得到快速发展。1910年美国亨利拉特公司发明DIETNG MACHINE高速压力机，开始了高速压力机的发展史。由于工业的发展，高速压力机的运用越来越大广泛，使得高速压力机发展研究得到了快速的发展。1953年首台闭式双点上传动压力机于德国舒勒公司出产，使压力机的性能得到了很大的提高。20世纪随着电子工业的发展对产品的精密性要求越来越高，压力机向高速精密方向发展。20世纪70年代，瑞士布鲁德勒公司的BSTA41型压力机的行程次数达到1200rpm,。1974年美国明斯特公司生产的H2B-60型闭式双点高速压力机的行程次数达到2000rpm。日本也在20世纪70年代生产出行程次数为3000rpm的压力机。80年代，高速压力机的研究重点开始转向提高滑块下死点动态精度。日本三菱的HP系列超高精密压力机滑块在下死点的精度达到5nm。从此压力机达到高精密发展阶段。现阶段，压力机的行程次数最高能到达4000rpm，压力机下死点的位置精度可达到0.01mm。现在，各国都开始大力研究高速压力机的伺服控制。日本AIDA公司的NSI-1500D压力机根据要加工的工件来选择合适的滑块运动，使压力机的加工更加高效；日本网野公司先后生产出了钣金加工用大型伺服压力机和公称力为24000kN的机械肘杆式伺服压力机。中国也开始了压力机的伺服控制研究生产，徐州锻压机床厂和东南大学合作研制出了能降噪减振的伺服控制压力机69。80年代中期，国外开始运用由三坐标工件传送系统、拆垛机、大型压力机和码垛工位组成的大型三坐标多工位压力机自动化连续冲压，它生产效率高、全自动化、智能化，能很好的减少人工、节约成本。80年代中期以后，美国机械行业在冲压作业中广泛地运用多工位压力机。美国机械公司冲压作业中，多工位压力机占70%；日本公司在美国的冲压作业，多工位压力机占69%；日本国内的冲压作业，多工位压力机占32%1015。相比外国压力机的发展研究，中国由于机械工业发展比较落后。在20世纪初,在外国列强的入侵和中国洋务运动中,压力机才开始在中国的兵工、铁路、造船等机械工业中运用。20世纪50年代初前苏联的压力机开始被引入中国,同时中国也开始了锻压设备国产化的发展,50年代末和60年代初,中国开始自制万吨级的水压机和各种类型的锻锤。1967年,在原第一机械工业部主持下在全国召开了的“锻压行业技术座谈会”,在会议上宣讲和推荐了欧美的一些先进的技术与装备。改革开放后,锻造工业开始有了全新的发展。80年代引进西德技术后走向成熟,出现了中国专利技术高效、节能的电液动力头,1990年开始运用与改造蒸空锤的动力系统。中国高速精密压力机是从80年代才应用发展，而且主要的技术都是从国外应用过来的。1982年济南铸锻机械研究所和北京低压电器厂合作生产了我国的第一台高速压力机，其公称力为600KN转速可以达到400rpm16。目前，提高速度和生存率，提高刚度和精度，大型化和高压化，控制系统的数控化，压力机的控制方式更加灵活可靠、安全、宜人化，发展绿色设计与环保制造，这些成为了压力机的发展趋势。1.3 主要研究内容1）Y32-100三梁四柱液压压力机快速下行阶段，在不同初始速度下滑块与工件碰撞时的碰撞力和滑块的运动。2）Y32-100三梁四柱液压压力机慢速加压阶段，在不同压力下工件的受力变形。3）Y32-100三梁四柱液压压力机的液压缸在液体最大压力时的受力变形情况，分析液压缸的材料能否满足液压缸在工作时的强度条件。4）Y32-100三梁四柱液压压力机的滑块和液压杆在受到最大的力时的等效应力分部，根据等效应力分部对其进行结构优化。2 液压压力机数学模型的建立2.1 液压压力机结构的简化Y32-100三梁四柱液压压力机由主机和控制系统组成，主机包括机身、主油缸、顶出缸以及充液系统等。1）机身：机身由上横梁、滑块、工作台、立柱等组成，上横梁和工作台用四根立柱与锁紧螺母联成一体，滑块由四根立柱固定，以保证滑块的上下运动。上横梁中间孔内，用于固定主油缸；工作台中间圆孔，用于固定顶出缸。滑块与主活塞杆固定在一起。2）主油缸：主油缸为双作用活塞式油缸，缸底为封底式整体结构，缸体内有活塞杆，活塞杆与滑块连接在一起。缸口装有导向套，以确保活塞运动时有良好的导向性能。主油缸的缸底上装有充液阀，在缸体的上端面有充液筒。3）顶出缸：顶出缸的主要作用是将工件顶出，它装在工作台中间的圆孔中。4）充液系统：充液系统由充液阀和充液筒组成。主油缸上腔的负压而吸开充液阀的主阀，充液筒内的大量油液流入主缸上腔，此时滑块快速下行。控制油进入控制阀内，推动卸荷阀芯下行，主缸上腔的高压油通过卸荷阀芯与充液筒内接通，从而卸压。5）动力机构：动力机构是由油箱、高压油泵、电动机、集成阀块等组成。动力机构是产生和分配工作油液，为液压压力机提供动力17。本文主要研究液压压力机的运动及其受力分析。因此可以将三梁四柱液压压力机的结构简化。液压压力机工作中运动和受力的机构主要为滑块、活塞杆、工作台、工件、立柱。简化结构，将滑块和活塞杆连成一体，工作台和四个立柱连成一体，工件单独作为一构件；由这三部分组成一个简单的模型。以此模型进行仿真分析，从而研究液压压力机。2.2 液压压力参数尺寸的确定1）液压压力机的基本参数：公称力为1000KN，液体最大工作压力为25Mpa，滑块最大行程600mm,电机功率7.5kw。2）滑块和活塞杆的尺寸（如图2-1）：滑块的长700mm、宽620mm、高200mm、倒角R为50mm、四个圆孔直径为75mm，材料用Q235A钢；活塞杆高950mm、直径为200mm，材料用Q235A钢。3）工作台和立柱的尺寸（如图2-2）：工作台长700mm、宽620mm、高300mm、倒角R为50mm，材料用Q235A钢；四根立柱高1200mm、直径为75mm，材料用Q235A钢。4）工件的尺寸（如图2-3）：工件长400mm、宽400mm、高100mm，材料采用灰铸铁HT300。5）主液压缸的尺寸（如图2-4）：高750mm,外直径D为338mm,内直径d为280mm，顶部的厚度为50mm，法兰高60mm,法兰直径为458mm,外面倒角半径为30mm，孔的半径为25mm。 图2-1 滑块和活塞杆 图2-2 工作台和立柱 图2-3 工件 图2-4 液压缸2.3 液压压力机几何模型的建立1）滑块和活塞杆连成一体，工作台和四个立柱连成一体，工件单独作为一构件；由这三部分组成一个简单的模型（图2-5）。开始是滑块与工作台表面的距离为600mm。将模型导入ADAMS软件中，对工作台施加一个与地面固定到一起的固定副，使工作台固定在地面上；对工件施加一个与工作台固定到一起的固定副，使工件能固定在工作台上；对滑块和活塞杆连成的一体施加一个运动副，使滑块和活塞杆只能在垂直工作台的方向上上下运动，而不发生偏移。2）将工件的模型（如图2-3）导入ANSYA软件中。材料的密度是7300kg/m3，弹性模量是123Gpa，泊松比是0.25。对工件的下表面施加一个全部约束，在工件上表面施加压力。采用自由划分网格，网格的大小为10mm。3)液压缸模型(图2-6)，为了便于分析在垂直法兰方向上将主液压缸分成两半，取一半进行分析，内部倒角半径为50mm，将模型导入ANSYS软件中。材料的密度是7890kg/m3，弹性模量是206Gpa，泊松比是0.269。对液压缸的外表面施加对称约束，对法兰下表面施加一个全部约束，在液压缸内表面施加压力。采用自由划分网格，网格的大小为10mm。4）将滑块和活塞杆的模型（图2-1）导入ANSYS软件中。材料的密度是7850kg/m3，弹性模量是210Gpa，泊松比是0.3。对活塞杆的上表面施加一个全部约束，在滑块的下表面施加压力。采用自由划分网格，网格的大小为10mm。 图2-5 液压压力机模型 图2-6 液压缸模型2.4 本章小结本章主要对Y32-100三梁四柱液压压力机进行结构的简化，并确定各个结构的尺寸，最后运用Pro/E软件进行建模。为下文将模型导入ADAMS软件和ANSYS软件进行仿真分析做好准备。3 液压压力机仿真分析3.1 液压压力机的特性分析液压压力机在快速下行阶段是将液压缸中的液压能通过活塞杆变成滑块的动力势能，在碰撞过程时将滑块的动力势能、液体转到滑块上的力以及滑块的重力变成对工件的压力，从而使工件发生变形。在慢速加压阶段，主要是液体专递的压力和滑块的重力对工件施加压力，使工件发生形变达到加工的目的。材料在外力作用下会产生外形上的变形，当外力达到一定的大小后材料的结构就会被破坏，材料的形状和尺寸就会发生改变。材料在外力作用下发生变形，它的原子、分子或离子间会发生相对位移，而材料的原子、分子或离子之间存在的力会抵抗变形，只有当外面的力大于材料之间的力时材料才发生变形。材料发生形变时会产生应变和应力。大部分材料应力与应变关系遵循胡克定律，就是在应力小于材料的比例极限时，应力和应变成正比关系。胡克定律公式为：=E (3-1)公式中，为应力；F为受到的力；A为受力面积；E为材料的弹性模量；为应变；h为材料发生变形的高度；H为材料原来高度18。在液压压力机工作时，液压缸的液体推动活塞杆，活塞杆推动滑块对工件施加压力，使工件的几何形状和尺寸发生改变，从而实现压力机对工件的加工；由于力的作用是相互的，滑块将受到相同大小的反作用力，滑块在反作用力下为发生形变。液压缸在液体压力作用下也会发生形变。在对材料进行有限元分析时，分析对象为线弹性体，而且是小形变范围,满足弹性力学的条件。有限元模型分析计算的线性方程组为： （3-2）公式中,F是模型中所受的外力向量；U是模型上各离散点的位移向量；K是模型的整体刚度矩阵；K=2Ke；K= Ke，Ke是单元的刚度矩阵；Ke= BTDBdxdydz，B是单元的几何矩阵；D是材料的弹性矩阵。由建立好的有限元模型和材料特性,得出式中的各项系数,根据结构的约束边界条件和载荷条件,能得所求模型各节点的位移向量U。根据弹性力学的几何方程和物理方程：=BU （3-3）=D （3-4）公式中，是应变；是应力向量。根据以上公式计算出单元上点的形变和应力向量1926。3.2 液压压力机的碰撞力和滑块运动分析3.2.1 不同初始速度下的分析将建立好的模型导入ADAMS软件中，分别分析液压压力机滑块在不同初始速度下运动一段距离后与工件碰撞，分析比较滑块的速度、加速度以及碰撞力的变化。滑块、活塞杆、工作台、立柱的材料为Q235A钢,它们的密度是7850kg/m3;工件的材料为灰铸铁HT300,其密度是7300kg/m3。滑块受到大小为700KN的垂直于工件的力和自身重力，在不同初始速度下，运动500mm后与工件碰撞2728。1）初始速度为120mm/s时。设置仿真时间为0.005s，仿真步数为1000。 完成仿真分析得到结果如图3-1、图3-2。图3-1 碰撞力图3-2 加速度和速度变化根据图3-1、图3-2知道：碰撞力变化曲线刚开始为0N并且不发生变化，呈现为一条水平直线；在0.0041s后开始快速变上升，一直变大到479490N，呈现为一条快速上升的曲线。速度的变化曲线刚开始快速变化，呈现为一条向下的斜线；在0.0041s后变化曲线的变化开始减少，呈现为一条向下的曲线，最后速度为123.9203mm/s。加速度变化曲线刚开始为8357.78083mm/s并且不发生变化，呈现为一条水平直线；在0.0041s后开始快速变上升，一直变大到269.9771mm/s2，呈现为一条快速上升的曲线。得到结论：在初始速度为120mm/s时滑块与工件碰撞产生的最大碰撞力为479490N。滑块在开始运动到与工件碰撞产生最大力的阶段中；速度从120mm/s开始快速变大，在碰撞时速度变化率开始变小，最后速度为123.9203mm/s；由于滑块在没有碰撞时受到的加速度大小不变为8357.78083mm/s2，碰撞时滑块由于受到碰撞力的影响加速度快速变小，在碰撞力最大时加速度最小为269.9771mm/s2。2）初始速度为140mm/s时。设置仿真时间为0.0045s，仿真步数为1000。完成仿真分析得到结果如图3-3、图3-4。图3-3 碰撞力图3-4 加速度和速度变化根据图3-3、图3-4知道：碰撞力变化曲线刚开始为0N并且不发生变化，呈现为一条水平直线；在0.00351s后开始快速变上升，一直变大到480220N，呈现为一条快速上升的曲线。速度的变化曲线刚开始快速变化，呈现为一条向下的斜线；在0.00351s后变化曲线的变化开始减少，呈现为一条向下的曲线，最后速度为143.38mm/s。加速度变化曲线刚开始为8357.78083mm/s2并且不发生变化，呈现为一条水平直线；在0.00351s后开始快速变上升，一直变大到269.122mm/s2，呈现为一条快速上升的曲线。得到结论：在初始速度为140mm/s时滑块与工件碰撞产生的最大碰撞力为480220N。滑块在开始运动到与工件碰撞产生最大力的阶段中；速度从140mm/s开始快速变大，在碰撞时速度变化率开始变小，最后速度为143.38mm/s；由于滑块在没有碰撞时受到的加速度大小不变为8357.78083mm/s2，碰撞时滑块由于受到碰撞力的影响加速度快速变小，在碰撞力最大时加速度最小为269.122mm/s2。3）初始速度为160mm/s时。设置仿真时间为0.004s，仿真步数为1000。完成仿真分析得到结果如图3-5、图3-6。图3-5 碰撞力图3-6 加速度和速度变化根据图3-5、图3-6知道：碰撞力变化曲线刚开始为0N并且不发生变化，呈现为一条水平直线；在0.0031s后开始快速变上升，一直变大到480720N，呈现为一条快速上升的曲线。速度的变化曲线刚开始快速变化，呈现为一条向下的斜线；在0.0031s后变化曲线的变化开始减少，呈现为一条向下的曲线，最后速度为162.9684mm/s。加速度变化曲线刚开始为8357.78083mm/s2并且不发生变化，呈现为一条水平直线；在0.0031s后开始快速变上升，一直变大到268.5236mm/s2，呈现为一条快速上升的曲线。得到结论：在初始速度为160mm/s时滑块与工件碰撞产生的最大碰撞力为480720N。滑块在开始运动到与工件碰撞产生最大力的阶段中；速度从120mm/s开始快速变大，在碰撞时速度变化率开始变小，最后速度为162.9684mm/s；由于滑块在没有碰撞时受到的加速度大小不变为8357.78083mm/s2，碰撞时滑块由于受到碰撞力的影响加速度快速变小，在碰撞力最大时加速度最小为268.5236mm/s2。4）初始速度为180mm/s时。设置仿真时间为0.0035s，仿真步数为1000。完成仿真分析得到结果如图3-7、图3-8。图3-7 碰撞力图3-8 加速度和速度变化根据图3-7、图3-8知道：碰撞力变化曲线刚开始为0N并且不发生变化，呈现为一条水平直线；在0.00275s后开始快速变上升，一直变大到482780N，呈现为一条快速上升的曲线。速度的变化曲线刚开始快速变化，呈现为一条向下的斜线；在0.00275s后变化曲线的变化开始减少，呈现为一条向下的曲线，最后速度为182.6378mm/s。加速度变化曲线刚开始为8357.78083mm/s2并且不发生变化，呈现为一条水平直线；在0.00275s后开始快速变上升，一直变大到266.1009mm/s2，呈现为一条快速上升的曲线。得到结论：在初始速度为180mm/s时滑块与工件碰撞产生的最大碰撞力为479270N。滑块在开始运动到与工件碰撞产生最大力的阶段中；速度从180mm/s开始快速变大，在碰撞时速度变化率开始变小，最后速度为182.6457mm/s；由于滑块在没有碰撞时受到的加速度大小不变为8357.78083mm/s2，碰撞时滑块由于受到碰撞力的影响加速度快速变小，在碰撞力最大时加速度最小为266.1009mm/s2。3.2.2 比较不同初始速度下碰撞力和滑块运动液压压力机在快速下行阶段与工件碰撞，主要是将滑块的势能变成对工件的碰撞力从而使工件变形，达到加工工件的目的。比较在滑块受到大小为700KN的垂直于工件的力和自身重力，初始速度分别为120mm/s、140mm/s、160mm/s、180mm/s时；在初始速度120mm/s到180mm/s，滑块与工件的碰撞力是逐渐变大；在不同初始速度下滑块在开始运动到与工件碰撞产生最大力的阶段中，速度在快速下行时都是快速变大，在碰撞时速度变化率都是逐渐变小，整个过程中速度都在变大；在不同初始速度下由于滑块在没有碰撞时受到力不变的加速度大小不变为8357.78083mm/s2，碰撞时滑块由于受到碰撞力的影响加速度快速变小，最小加速度随初始速度值变大而减小。3.3 慢速加压阶段时工件的受力变形分析3.3.1 工件在不同力下的受力变形分析1）工件受到700KN的力,则工件受到的压力为：P=FS=7000000.40.4=4.375Mpa （3-5）将工件的模型导入ANSYS软件分析工件的受力分布。对工件的底面进行完全约束，在工件上表面施加垂直于工件表面的压力为4.375Mpa。完成仿真分析得到结果如图3-9、图3-10。图3-9 工件的位移矢量和图3-10 工件的等效应力由图3-9、图3-10可知道：工件的位移矢量和的颜色变化，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方颜色由蓝色逐渐开始变深，一直变为红色；工件水平方向上由工件边界到工件中心工件颜色由红色开始变浅，一直变为淡黄色，工件的四个角为深红色。工件的等效应力的颜色变化，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方的颜色由红色逐渐变浅，一直变为浅蓝色；工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的颜色由浅蓝色逐渐变为深蓝色，工件中心的颜色为深蓝色。得到结论：工件最大位移矢量和为0.004521mm，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方工件的位移矢量和逐渐变大，工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的位移矢量和逐渐变小，工件在受力时工件会向四面延展则工件的四个角的位移矢量和最大。工件内部的最大等效应力为8.24045Mpa，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方工件的等效应力逐渐变小；工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的等效应力逐渐变小，工件中心的等效应力最小。2）工件受到800KN的力,则工件受到的压力为：P=FS=8000000.40.4=5Mpa (3-6)将工件的模型导入ANSYS软件分析工件的受力分布。对工件的底面进行完全约束，在工件上表面施加垂直于工件表面的压力为5Mpa。完成仿真分析得到结果如图3-11、图3-12。图3-11 工件的位移矢量和图3-12 工件的等效应力由图3-11、图3-12可知道：工件的位移矢量和的颜色变化，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方颜色由蓝色逐渐开始变深，一直变为红色；工件水平方向上由工件边界到工件中心工件颜色由红色开始变浅，一直变为淡黄色，工件的四个角为深红色。工件的等效应力的颜色变化，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方的颜色由红色逐渐变浅，一直变为浅蓝色；工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的颜色由浅蓝色逐渐变为深蓝色，工件中心的颜色为深蓝色。得到结论：工件最大位移矢量和为0.005167mm，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方工件的位移矢量和逐渐变大，工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的位移矢量和逐渐变小，工件在受力时工件会向四面延展则工件的四个角的位移矢量和最大。工件内部的最大等效应力为9.41765Mpa，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方工件的等效应力逐渐变小；工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的等效应力逐渐变小，工件中心的等效应力最小。3）工件受到900KN的力,则工件受到的压力为：P=FS=9000000.40.4=5.625Mpa (3-7)将工件的模型导入ANSYS软件分析工件的受力分布。对工件的底面进行完全约束，在工件上表面施加垂直于工件表面的压力为5.625Mpa。完成仿真分析得到结果如图3-13、图3-14。图3-13 工件的位移矢量和图3-14 工件的等效应力由图3-13、图3-14可知道：工件的位移矢量和的颜色变化，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方颜色由蓝色逐渐开始变深，一直变为红色；工件水平方向上由工件边界到工件中心工件颜色由红色开始变浅，一直变为淡黄色，工件的四个角为深红色。工件的等效应力的颜色变化，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方的颜色由红色逐渐变浅，一直变为浅蓝色；工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的颜色由浅蓝色逐渐变为深蓝色，工件中心的颜色为深蓝色。得到结论：工件最大位移矢量和为0.005813mm，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方工件的位移矢量和逐渐变大，工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的位移矢量和逐渐变小，工件在受力时工件会向四面延展则工件的四个角的位移矢量和最大。工件内部的最大等效应力为10.5949Mpa，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方工件的等效应力逐渐变小；工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的等效应力逐渐变小，工件中心的等效应力最小。4）工件受到1000N的力,则工件受到的压力为：P=FS=10000000.40.4=6.25Mpa (3-8)将工件的模型导入ANSYS软件分析工件的受力分布。对工件的底面进行完全约束，在工件上表面施加垂直于工件表面的压力为6.25Mpa。完成仿真分析得到结果如图3-15、图3-16。图3-15 工件的位移矢量和图3-16 工件的等效应力由图3-15、图3-16可知道：工件的位移矢量和的颜色变化，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方颜色由蓝色逐渐开始变深，一直变为红色；工件水平方向上由工件边界到工件中心工件颜色由红色开始变浅，一直变为淡黄色，工件的四个角为深红色。工件的等效应力的颜色变化，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方的颜色由红色逐渐变浅，一直变为浅蓝色；工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的颜色由浅蓝色逐渐变为深蓝色，工件中心的颜色为深蓝色。得到结论：工件最大位移矢量和为0.006459mm，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方工件的位移矢量和逐渐变大，工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的位移矢量和逐渐变小，工件在受力时工件会向四面延展则工件的四个角的位移矢量和最大。工件内部的最大等效应力为11.7721Mpa，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方工件的等效应力逐渐变小；工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的等效应力逐渐变小，工件中心的等效应力最小。3.3.2 比较四种不同压力下工件的受力变形工件在受到700KN、800KN、900KN、1000KN四种不同大小力时进行比较。工件最大位移矢量和都在工件的上面四个角上，并且最大位移矢量和的大小随着受力值变大而变大。最大位移矢量和的变化都是，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方工件的位移矢量和逐渐变大，工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的位移矢量和逐渐变小。工件的最大等效应力都在工件的底面四个角上，并且最大等效应力的大小随着受力值变大而变大。最大位移矢量和的变化都是，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方工件的等效应力逐渐变小；工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的等效应力逐渐变小，工件中心的等效应力力最小。3.4 液压压力机的主液压缸受力变形分析分析主液压缸在液体最大压力25Mpa时的情况。液压缸的材料选择45号钢，材料的弹性模量是206Gpa，材料的泊松比是0.269，材料的密度是7890kg/m3。将液压缸的简化模型导入ANSYS软件分析。1）完成液压缸的位移矢量和分析得到结果如图3-17。图3-17 液压缸的位移矢量和由图3-17可知道：法兰的底部颜色为深蓝色，在液压缸壁顶部靠近倒角部分的颜色最深为深红色。因此法兰的位移矢量和最小，位移矢量和最大在液压缸壁顶部靠近倒角部分位为0.08086mm。2）完成液压缸的等效应力分析得到结果3-18。图3-18 液压缸的等效应力由图3-18可知道：法兰外面部分的颜色最浅为蓝色，液压缸壁法兰和缸体接触处的液压缸里面部分的颜色最深为深红色。因此法兰的等效应力最小，等效应力最大在液压缸壁法兰和缸体接触处的液压缸里面部分为36.0032Mpa。液压缸材料的屈服极限为s233Mpa，强度极限为b600Mpa，安全系数取n=5，则许用应力:p= (3-9)得许用应力p=67Mpa大于液压缸受到的最大等效应力36.0032Mpa，则液压缸可以满足工作时的强度条件2931。3.5 滑块和活塞杆在最大压力下的受力变形分析3.5.1 原始滑块和活塞杆模型的受力变形分析液压压力机在工作时主要运动机构和主要受力机构都滑块和活塞杆一起形成的一个整体，因此这一部分在工作中比较容易发生损坏。分析滑块和活塞杆在最大压力时的受力情况，能了解这一部分容易受损的部位。液压压力机的公称力为1000KN，滑块和活塞杆的材料为Q253A钢，材料的密度是7850kg/m3，材料的弹性模量是210Gpa，材料的泊松比是0.3。分析滑块和液压杆的滑块底面受压力为： (3-10)将滑块和活塞杆的模型导入ANSYS软件进行分析。对液压杆的顶部面进行完全约束，在滑块工作面即下表面施加垂直于下表面的压力2.38095238Mpa。完成滑块和活塞杆的等效应力分析得到结果3-19。图3-19 滑块和活塞杆的等效应力如图3-19知道：滑块和活塞杆接触部分的颜色最深为深红色，在节点313处为MX。因此在滑块和活塞杆接触部分的节点313处等效应力最大为55.4125Mpa，滑块与活塞杆接触部分比较容易损坏。为了使液压压力机能更好的工作，可以对滑块与活塞杆接触部分的结构进行改进，以减少这部分的最大应力。3.5.2 优化后滑块和液压杆模型分析为了减少滑块和活塞杆接触的地方的应力，在接触的地方加上一个套圈。它的高为100mm，厚度为30mm，并在与滑块接触的地方倒半径为15mm的倒角。对活塞杆的顶部面进行完全约束，在滑块工作面即下表面施加垂直于下表面的压力2.38095238Mpa。完成优化后滑块和活塞杆的等效应力分析得到结果3-20。图3-20 优化后滑块和液压杆的等效应力如图26知道，滑块和活塞杆接触部分的颜色最深为深红色，在节点6375处为MX。因此在滑块和活塞杆接触部分的节点6375等效应力最大为48.9255Mpa，比没有优化改进之前最大应力55.4125Mpa小6.487Mpa。优化改进后有效的减小了最大等效应力。因此在对受应力比较大的部位进行结构优化时，可以适当地加大结构的大小以及对结构角度进行倒角。3.6 本章小结本章应用ADAMS软件和ANSYS软件对液压压力机进行仿真分析。分析液压压力机在快速下行阶段滑块与工件碰撞的碰撞力和滑块运动，在慢速加压阶段不同压力时工件的受力变形，液压缸在液体最大压力时的受力变形，滑块和活塞杆在受到最大的力时的受力变形以及其结构优化。4 总结本文主要运用Pro/E软件对三梁四柱液压压力机进行建模，再将模型导入ADAMS软件和ANSYS软件进行仿真分析。主要研究，液压压力机快速下行阶段滑块与工件碰撞时的碰撞力和滑块的运动，在慢速加压阶段不同压力时工件的受力变形，液压缸在液体最大压力时的受力变形情况，滑块和液压杆在受到最大的力时的等效应力分以及其结构优化。分析得到的结果：1）液压压力机在快速下行阶段的初始速度变化范围为120mm/s到180mm/s，滑块与工件的碰撞力初始速度变大而逐渐变大；在不同初始速度下滑块在开始运动到与工件碰撞产生最大力的阶段中，速度在快速下行时都是快速变大，在碰撞时速度变化率都是逐渐变小，整个过程中速度都在变大；在不同初始速度下由于滑块在没有碰撞时受到力不变的加速度大小不变为8357.78083mm/s2，碰撞时滑块由于受到碰撞力的影响加速度快速变小，最小加速度随初始速度值变大而减小。2）工件最大位移矢量和都在工件的上面四个角上，并且最大位移矢量和的大小随着受力值变大而变大。最大位移矢量和的变化都是，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方工件的位移矢量和逐渐变大，工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的位移矢量和的逐渐变小。3）工件的最大等效应力都在工件的底面四个角上，并且最大等效应力的大小随着受力值变大而变大。最大位移矢量和的变化都是，在垂直工件的方向上由工件底部到工件上方工件的等效应力逐渐变小；工件水平方向上由工件边界到工件中心工件的等效应力逐渐变小，工件中心的等效应力力最小。4）液压缸的等效应力最大部分在液压缸壁法兰和缸体接触处的液压缸里面部分，液压缸能满足许用应力要求。5）滑块与活塞杆接触部分比较容易损坏。为了使液压压力机能更好的工作，可以对滑块与活塞杆接触部分的结构进行改进。比如可以适当地加大滑块与活塞杆接触部分结构的大小以及对其角度进行倒角等等。致谢本文是在指导老师秦建华悉心指导完成的。在论文的选题、研究方法、整体思路及至论文撰写和修改的过程中，秦建华老师都细心指导我；在论文写作过程中，老师时常关心我的工作进度，给了我很多好的建议并为我解决很多遇到的难题。在论文完成之际,特向指导老师致以衷心的感谢！同时也要感谢我的同学们在论文写作中给了我很多启发，以及帮助我解决了很多难题。此外还要感谢我的家人以及朋友在论文写作时的支持。最后在大学四年学业快要完成之际，感谢在这四年中所有老师对我的辛苦教导，是他们的努力付出使我掌握了丰富的知识，为我的人生打下良好的基础，使我对走向工作岗位充满信心。也感谢桂林理工大学在这四年中给我提供了良好的学习生活环境。参考文献1 刘海彬.基于ADAMS的多连杆压力机参数化设计与优化研究D.山东科技大学，2011.2 赵纯.YH100数控液压伺服压力机液压系统研究D.安徽工程大学，2013.3 鲁绪阁.机械压力机的振动故障诊断及防振研究D.山东科技大学，2008.4 宋永强.机械压力机多连杆机构优化设计及运动仿真研究D.山东大学，2011.5 姚丽明. 机载锚杆钻机液压系统设计与研D.辽宁工程技术大学，2011.6 彭斌彬,曾梁彬,孙宇.基于并联结构的新型液压压力机J.锻压技术,2008,33(5):129-132.7 宋飚,王立杰,徐兆军等.压装液压压力机系统设计J.液压与气动，2009（2）：14-16.8 高永梅.15MN锻造液压机液压系统卸荷冲击仿真D.兰州理工大学，2009.9 王积伟，章宏甲，黄谊.液压与气压转动M.北京：机械工业出版社，2005.10 高永梅.15MN锻造液压机液压系统卸荷冲击仿真D.兰州理工大学，2009.11 佘海斌,张学良,温淑花等.80MN快速锻造液压机的有限元模态分析J.锻压技术，2013，38（2）：168-171.12 王晓伟，李玉石，张学良等.80MN快速锻造液压机工作缸及机身静力分析J. 太原科技大学学报，2012，33（3）：198-202.13 时立佳.B柱加强板热冲压成形工艺研究D.燕山大学，2013.14 冯瑞年.YA32-500四立柱液压机结构有限元分析和优化设计D.武汉理工大学，2009.15 李杰.低能耗压边双动液压机工作过程的仿真研究D.燕山大学，2009.16 刘运玺.HD-200高速压力机工作机构的动力学仿真及其机身结构优化D.山东大学，2013.17 吴生富.150MN锻造液压机M.北京：国防工业出版社，2012.18 刘鸿文.简明材料力学M.北京：高等教育出版社，2008.19 商跃进,杨晋,李刚.630T液压机工作缸动态有限元分析J.重型机械，2006，（1）：54-57.20 陈兆生.基于有限元的快锻液压机工作缸结构改进及优化J.液压与气动，2010，（8）：87-89.21 Fan FAN, Baochun LU, Guojun YANG etc.The Robust Optimization Design of 1250T Hydraulic Press Slide BlockC. 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