林慶文

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510635）

JB21-63壓力機(jī)有限元分析

林慶文

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510635）

應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)JB21-63型開式固定臺(tái)壓力機(jī)進(jìn)行強(qiáng)度分析，得出其在工作狀態(tài)下的應(yīng)力及位移結(jié)果，為該壓力機(jī)的改進(jìn)提供理論依據(jù)。

壓力機(jī)；有限元分析；ANSYS；結(jié)構(gòu)分析

0 引言

開式固定臺(tái)壓力機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于切斷、沖孔、落料、彎曲、鉚合和成形等工藝。壓力機(jī)工作時(shí)所受的力較大，其安全性是設(shè)計(jì)中必須重點(diǎn)考慮的。

本文運(yùn)用ANSYS有限元分析軟件，針對(duì)某公司JB21-63型開式固定臺(tái)壓力機(jī)機(jī)身進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析。

1 壓力機(jī)有限元模型的建立

本分析的幾何模型的具體尺寸采用測量方法得到，建模時(shí)對(duì)一些影響較小的細(xì)節(jié)進(jìn)行簡化，3D模型見圖1。由于主要分析壓力機(jī)床身的應(yīng)力狀況，因而對(duì)帶輪、大小齒輪等進(jìn)行省略。由大齒輪所傳遞的扭矩雖然增加曲軸的應(yīng)力，但與連桿對(duì)曲軸的反力所引起的床身應(yīng)力相比，其對(duì)床身的應(yīng)力影響較小，因此在計(jì)算中沒有考慮大齒輪所傳遞的扭矩的影響。

1.1 單元模型

本分析采用ANSYS軟件。采用四面體10節(jié)點(diǎn)單元SOLID92[1]。有限元模型節(jié)點(diǎn)總數(shù)及單元總數(shù)見表1。網(wǎng)格模型見圖2。

圖1 3D模型

圖2 網(wǎng)格模型

表1 有限元模型節(jié)點(diǎn)總數(shù)及單元總數(shù)

1.2 材料參數(shù)[2-3]

機(jī)身材料楊氏模量E=1.2e5 MPa，密度ρ=7.0× 10-9ton/mm3（HT150或HT180）。曲軸材料楊氏模量采用E=2.0e5 MPa，密度ρ=7.8*10-9ton/mm3（鑄鋼或45＃鋼）。

1.3 約束及載荷

約束條件：壓力機(jī)的底面固定。

載荷條件：630 kN作用在與連桿接觸的曲軸中間圓柱面的下半部分的節(jié)點(diǎn)上，力的方向垂直向上。工作臺(tái)墊板上也施加總力為630 kN的壓力（以面壓力計(jì)算）。

2 計(jì)算結(jié)果

2.1 應(yīng)力

2.1.1 Von Mises應(yīng)力

機(jī)身的Von Mises應(yīng)力云圖見圖3。最大值為223.98 MPa，位于機(jī)身側(cè)板和工作臺(tái)交界處。

圖3 Von Mises應(yīng)力

2.1.2 最大主應(yīng)力

機(jī)身的最大主應(yīng)力云圖見圖4，其最大值為269.66 MPa，位于機(jī)身側(cè)板和工作臺(tái)交界處。2.1.3最小主應(yīng)力

機(jī)身的最小主應(yīng)力云圖見圖5，其最大值為-227.42 MPa（負(fù)值表示壓應(yīng)力），位于機(jī)身側(cè)板和曲軸交界處。

2.2 變形量

壓力機(jī)機(jī)身的總變形云圖見圖6。其最大變形量為2.02 mm。

3 結(jié)論

圖4 最大主應(yīng)力

圖5 最小主應(yīng)力

圖6 總變形量

壓力機(jī)機(jī)身采用材料為灰鑄鐵HT180，其抗拉強(qiáng)度約為150 MPa。根據(jù)靜力分析結(jié)果，最大主應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到269.66 MPa（Von Mises應(yīng)力也達(dá)到223.98 MPa），該壓力機(jī)采用的材料不能滿足強(qiáng)度要求。如果考慮沖擊的作用，應(yīng)力將更大（約1.5倍）。因此，在壓力機(jī)的工作狀況下，機(jī)身容易出現(xiàn)疲勞斷裂。這一分析結(jié)果和該公司JB21-63壓力機(jī)在實(shí)際使用中出現(xiàn)斷裂的情況是相符的。建議對(duì)機(jī)身的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，并考慮改進(jìn)材料。

［1］ANSYS公司.ANSYS Help 12.0［Z］.2009.

［2］ 機(jī)械工程材料性能數(shù)據(jù)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械工程材料性

能數(shù)據(jù)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

［3］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版

社，2007.

(編輯：王智圣)

圖5 轉(zhuǎn)子碰磨故障前后軸心軌跡對(duì)比圖

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［11］魏協(xié)奔.TRT機(jī)組在線檢測及故障診斷系統(tǒng)研究［D］.廣州：廣州大學(xué)，2012.

第一作者簡介：魏協(xié)奔，男，1985年生，廣東揭陽人，碩士研究生。研究領(lǐng)域：光機(jī)電一體化技術(shù)、機(jī)電設(shè)備故障診斷。已發(fā)表論文6篇。

(編輯：向 飛)

Finite Element Analysis of JB21-63 Press

LIN Qing-wen
（Guangdong Technical College of Water Resources and Electric Engineering，Guangzhou510635，China）

Finite element analysis software ANSYS is applied to analyze the JB21-63 open-back fixed bed press.Stress and displacement results on working conditions are obtained.The results provide the theory foundation for the improvement of power press design.

press；finite element analysis；ANSYS；structure analysis

TP391.77

A

1009－9492(2014)07－0178－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.050

林慶文，男，1962年生，廣東饒平人，碩士，高級(jí)工程師。研究領(lǐng)域：CAD/CAM/CAE。

2014－06－08