重型电动数控螺旋压力机结构设计与有限元分析

对EP-8000电动数控螺旋压力机的机身底座、螺杆及滑块等主要构件进行了优化设计,使其运行打击力由80 MN提升至100 MN,且主要部件的刚度足够、滑块打击方向不偏移。通过Solidworks对底座、螺杆进行结构优化,利用ANSYS Workbench软件对机身、螺杆进行建模,分析其变形和等效应力情况;对螺杆作模态分析,得到其变形与振动频率的关系。结果表明：优化后,底座的最大变形量为0.363 mm,螺杆的最大等效应力为830.9 MPa,变形率为0.0013;螺杆在83.075 Hz时,挠度变形最大,变形量为0.4403 mm,且在中间位置出现弯曲。将滑块原有的X形导轨定位改造为圆导轨与X形导轨复合式双重导轨结构,总导向长度增加,保证滑块安装在装备中心位置,且优化后的抗偏载能力高宽比H/B由1.38提高至1.92,抗偏心锻造能力显著提高。     

闭式双点框架式机械压力机机身结构的拓扑-几何优化设计

以APE400闭式双点整体框架式压力机为对象,针对质量占比大且承载关键的机身底座和立柱,开展面向制造的机身结构拓扑-几何参数优化研究。分析了原压力机机身结构的静力学性能,明确了下模具与底座固定和滑动摩擦接触两种连接方式对其变形的影响,后者台面变形要大于前者,采用滑动摩擦接触模拟验证机身结构更为保守且更贴近实际。而后,采用变密度拓扑优化方法,分别获得了支撑模具的底座、机身侧立柱的材料拓扑构成,并根据实际板焊接制造工艺,建立了机身新型结构的参数化模型。最后,采用响应面优化方法进行几何参数寻优,对比了优化模型与原机型的性能指标。结果表明,当模具上台面变形差值在0.19 mm时能实现减重3130 kg,而与原机型的变形差值相同(0.26 mm)时能减重3803 kg,减重比达到18.46%,结构轻量化效果非常显著。     

高速精密压力机预应力机身有限元分析

为研究高速精密压力机机身稳定性,本文对公称力为1250k N的高速精密压力机建立有限元模型,根据螺杆-立柱的载荷-位移图确定预紧力,采用接触单元研究机身工作时的闭合状态,采用预紧力单元模拟拉紧螺栓的预紧力。计算了机身受2000k N预紧力,2000k N预紧力+1250k N工作载荷这两种工况下的应力、位移、接触状况。最大工作载荷下的机身等效应力最大值为395MPa,位于螺杆下端与螺母旋合处,但机身是安全的,各部分的接触状态良好,在选定的预紧力下机身结构是闭合的。结果表明采用接触单元和预应力单元对压力机机身进行模拟计算是有效的,能够反映机身结构的稳定性。     

基于多项式拟合算法的重型电动数控螺旋压力机机身的轻量化北大核心CSCD

螺旋压力机的结构与刚度的关系一直是锻压装备设计时的重要参考,通常采用计算许用应力得到的机械结构,其刚度足够但设备笨重。针对此问题,建立EP-10000的参数化模型并进行尺寸改动,并利用ANSYS对模型进行受力分析,得到不同尺寸的压力机在100 MN工作状态下的刚度及变形数值。运用多项式拟合优化算法,建立变形和整机长度与宽度、立柱宽度之间的数学模型。得到在100 MN工作状态下,最小变形量为0.89873 mm,此时对应的整机尺寸为6700 mm×4126 mm×11385 mm,立柱宽度为3400 mm,整机减重约7.9%,并且在此尺寸下强度为75 MPa,满足需求。结果表明,该方法可以得到高刚度、轻量化的压力机机身。     

预紧力对组合机身刚度的影响

为了研究不同预紧力对压力机组合机身刚度的影响规律,以宁波精达DCP200-190高速压力机组合机身为研究对象,应用SolidWorks建立三维模型,并将模型导入ANSYS Work-bench中,根据其在工作过程中的受力特点,对组合机身添加负载及约束,对其进行静力学分析。分别取预紧力为1.0、1.5和2.0倍公称力,通过改变预紧力大小,得到不同预紧力下组合机身的变形量。结果表明,组合机身线刚度的最大值与最小值相差8%,因此,预紧力对线刚度的影响不明显,但组合机身的变形量最大差值为0.076 mm,预紧力对组合机身变形量的影响较大,从而影响下死点精度。因此,为了保证压力机下死点冲压精度要求,该组合机身预紧采用的液压缸压力必须保持稳定。     

20 MN高速复合传动压力机机身有限元分析

高速复合传动压力机已成为目前重要的锻造设备之一。本文建立了20MN高速复合传动压力机的整体三维有限元模型。针对其特殊的对称连杆驱动结构,对机身整体刚度的主要影响因素进行分析,为机身整体设计提供了理论依据。对压机进行静态有限元分析,得到了机身各部分等效应力和总变形的分布情况,确保机身的刚度和强度以及整体性指标达到使用要求,并且通过试验验证了其准确性。     

大型热模锻压力机机身横向振动与变形的动态测试

某40 MN大型双点热模锻压力机在负荷30 MN试生产时,发生了严重的导轨磨损事故。为寻求事故原因,设计了压力机工作过程机身振动和变形的"分点测量-合成分析"的测试方案。采用激光位移传感器和数字存储示波器对高达8 m的机身6个部位分别进行了动态测量,通过合成分析获得了机身的实际振动和变形情况。机身在30 MN负荷时最大偏摆位移超过5 mm;伴随振动,机身产生了较大的横向变形,机身横向最大压缩超过1.2 mm,影响了导轨间隙,这是导致导轨磨损的主要原因。分析认为,对大型多工位压力机而言,机身变形不仅影响锻件质量,也影响压力机正常运行,应充分注意机身的刚度设计。     

J53-1600型双盘摩擦压力机机身有限元分析(Ⅰ)

本文采用 SAP5程序对1600吨双盘摩擦压力机机身进行了三维有限元计算,共计算了九种工况。根据计算结果,对中心载荷、偏心载荷和扭转载荷作用下机身的应力和变形进行了分析。在分析的基础上,绘制了机身强度允许的偏载区域图。另外,还将中心打击的计算结果和电测实验结果进行了比较。最后,讨论了机身强度和刚度的设计原则以及用三维有限单元法计算的优越性。     

压力机组合式机身的拓扑优化研究

本文以JF36-800M 8000kN闭式双点压力机为研究对象,对机身进行拓扑优化。优化选用HyperWorks中的OptiStruct求解器,重点研究产品的概念设计和精细设计。OptiStruct中含有可以将拓扑优化结果转换为三维实体模型的OSSmooth工具,可将优化后的拓扑结构生成IGES等格式文件,导入到CAD软件中进行再次设计^[1]。拓扑优化通过寻找材料的最优分布来实现机身的轻量化设计。基于优化结果,对机身结构进行改进设计,使机身在满足使用性能的前提下,所用材料最少,达到减轻自身重量、节约制造成本的目的。     

基于最优拓扑概念构型的压力机机身精度优化

为提高压力机的结构刚度、保证压力机机身在工作状态下的精度，以JH31-250压力机为研究对象，探索压力机机身结构的优化设计方法。采用Abaqus软件对压力机机身进行结构模态与静强度分析，并运用拓扑优化技术对机身结构进行概念构型寻优，据此选定两侧壁支撑结构作为设计域进行构型和尺寸优化。以规整后机身筋板结构的几何尺寸为优化参数、以工作台与机身曲轴支撑孔间的相对位移为优化目标，建立响应面模型，结合粒子群算法进行模型寻优，获取最优的结构几何参数，最终实现对压力机机身结构的优化设计。优化结果表明：优化前压力机机身内侧及方孔前侧存在明显的应力集中现象，优化后机身结构的等效应力与总位移均有所下降，工作台与支撑孔间的相对位移为0.2548 mm,变形量下降了40.03%,机身工作精度得到提高。对优化后机身结构进行动力学分析验证，发现在多种工作激振源频率下，优化后压力机结构不会发生共振现象，满足使用要求。研究结构可为同类型产品结构优化提供参考。     

岩心钻机结构的轻量化优化和光测法强度分析

采用拓扑优化结合目标驱动优化的方法对岩心钻机底座及给进机身进行了轻量化设计,使底座和给进机身质量分别降低了15. 44%、26. 18%,且应力分布更加均匀,材料利用率大幅提高。并采用数字散斑相关法对给进机身动态应变进行了测量,验证其强度满足设计要求,同时获得机身的振动频率为13 Hz,为整机动态设计提供了参考。     

高速精密压力机组合式预应力机身动态特性研究

高速精密压力机是能够在高速运转条件下进行精密零件成形的压力加工设备, 多采用组合式预应力机身结构.为研究表征组合式预应力结构机身精密性参量--下死点精度,运用有限元法对精密压力机进行了动力学特性分析,得到机身在预紧力作用下的固有频率、瞬态应力、应变分布及打击中心、工作中心的位移.模拟结果表明:在转速为400次/min 时下死点水平方向振幅为80μm,垂直方向振幅为280μm,该结果与实验结果较为吻合.因此在动态特性模拟分析中,考虑预紧力对压力机机身的作用能够更准确地反映机身的动态特性.     

基于OptiStruct的闭式压力机组合机身的拓扑优化

通过拓扑优化寻找机身材料的合理布置,以闭式压力机组合机身为研究对象,利用SolidWorks建立机身的三维模型,然后导入到HyperMesh中,建立有限元分析模型。采用变密度法,以静力学分析为基础,定义材料的密度为设计变量,设置不同的约束条件和目标函数,通过Opti Struct求解器对机身进行拓扑优化。通过对比两种方案的优化结果,改进机身的结构,并对优化后的模型进行静力学和模态分析,验证了优化后的压力机机身符合实际使用要求。优化后压力机机身重量减少7.6%,实现了机身的轻量化,节约了成本,提高了企业的竞争力。     

高速精密压力机闭式组合式预应力机身接触问题研究

为研究存在于高速精密压力机组合式预应力机身结构中的接触非线性问题,文章利用接触力学和有限单元法对该问题进行了描述和分析,论述了此类接触问题的增量理论和拉格朗日乘子法接触算法。为将机身作为一个系统来进行分析以确定预紧力,选择拉格朗日乘子法作为接触算法,并结合预紧力单元解决组合式预应力机身的有限元建模问题。利用预置条件共轭梯度解法对各预紧力工况下的机身模型进行求解,获得对应的应力-应变值,总结出预紧力-变形关系图,得出,为使压力机不产生间隙和错移,预紧力取值应为2000kN。数值分析结果和试验结果表明,分析可靠度为87.42%,采用接触单元结合预应力单元求解组合式预应力机身接触问题的研究方法,可用于高速精密压力机预紧力问题研究。     

组合式大型压力机横梁强度刚度分析

通过三维建模软件建立1600t压力机机身分析模型,并导入ANSYS有限元计算软件进行仿真分析对比.通过将计算步骤分解,对组合式压力机进行分析,为组合式大型压力机的分析提供一种新的方式和思路.解决了大型组合式压力机中零部件的强度和刚度分析优化问题.解决了带拉紧螺杆预紧的压力机,真实变形的分析计算,并找出零部件具体的薄弱点.最后通过压力机机身的变形确定曲轴与机身的间隙范围,以及立柱上导轨与滑块的间隙问题.     

棉桶更换机器人前臂有限元分析及拓扑优化

由于复合机器人受AGV承载、锂电电源功耗与自重设计限制,4轴机器人设计轻量化是其关键。前臂是棉桶更换复合机器人关键部件之一,文章以此为研究对象,在考虑满足设计强度、刚度的条件下,以前臂结构轻量化为首要设计考虑因素,建立前臂实体三位模型,利用有限元分析软件ANSYS对前臂做静力学分析,获得危险工况下的应力和位移变化特性;采用Opti Struct软件对前臂进行拓扑优化,依据拓扑优化结果完成前臂结构的改进设计,并对优化后的模型做静力学分析。研究结果表明,优化后的设计方案最大应力、位移均有所减小;在满足强度、刚度设计要求的情况下,前臂重量减少18.4%,较好地实现了前臂轻量化目标,为课题后续产品研制提供了技术支持,也为同类技术产品设计提供了借鉴。     

基于ANSYS Workbench的八连杆压力机动力学分析及优化设计

以八连杆压力机的传动机构为研究对象,使用Solidworks软件对八连杆传动机构进行参数化实体建模,然后导入ANSYS Workbench软件中完成机构的动力学分析,得到机构中滑块的运动特性曲线及各构件所受载荷的情况;当压力机达到公称压力位置时,以机构下连杆为研究对象,首先对其进行静力学分析,结果显示为下连杆最大等效应力低于材料许用应力;进一步对下连杆添加循环载荷进行疲劳分析,得到其疲劳安全系数为0.845;以最大等效应力低于材料许用应力、疲劳安全系数高于1、质量最轻化为优化目标,对下连杆进行尺寸优化,最终在满足强度的基础上,疲劳安全系数达到1.154,质量减轻4%,达到了轻量化、低应力、高安全性的优化目的。     

5000kN机械压力机机身有限元分析

运用SolidWorks软件对某5000 kN机械压力机机身进行实体建模,并运用ANSYS软件对其进行结构分析和模态分析;通过模态分析获得结构的固有频率;通过结构分析获得应力和变形的分布情况,在此基础上分析压力机机身设计是否合理.针对组合框架式压力机的预紧问题,分别采用了直接加载法和热-结构耦合法两种预紧方法,并对两种预紧方法计算结果进行了比较.     

12500 kN冷锻压力机机身结构的有限元分析

为了研究侧向力对压力机机身强度和刚度的影响,以北京机电研究所有限公司自主研发设计的CWEP12500 kN冷锻压力机为研究对象,针对其在工作过程中的受力特点,提出3种机身受力模型,运用ANSYS Workbench软件进行静力学分析,得到了3种加载方式下机身的应力和变形。结果表明,3种加载方式得到的机身应力均在60 MPa左右,满足要求。当机身承受由滑块的锻造力分解出的水平侧向分力时,立柱产生0.32 mm的变形量,不符合0.2 mm的经验许用值。立柱产生过大变形量会对滑块导向产生不利影响,加剧导轨和滑块的磨损,影响压力机成形精度。因此,在今后的设计计算中,应当将机身受到的侧向力作为影响压力机刚度的因素之一,并且注意立柱尺寸和结构的优化,以增加其刚度。     

开式数控冲模回转头压力机机身的振动

从分析曲柄压力机机身所受的干扰力入手，讨论了曲柄压力机在最坏条件下机身的振动，从而获得了求其机身最大动态垂直变形、最大动态角变形和机身危险截面动应力的途径。并以数控冲模回转头压力机为例，就如何计算机身的固有频率进行了探讨，为曲柄压力机机身的动态性能设计并提高其行程次数提供了理论依据。