JB21-63壓力機有限元分析

林慶文

（廣東水利電力職業技術學院，廣東廣州 510635）

JB21-63壓力機有限元分析

林慶文

（廣東水利電力職業技術學院，廣東廣州 510635）

應用ANSYS軟件對JB21-63型開式固定臺壓力機進行強度分析，得出其在工作狀態下的應力及位移結果，為該壓力機的改進提供理論依據。

壓力機；有限元分析；ANSYS；結構分析

0 引言

開式固定臺壓力機具有結構簡單、操作方便的特點，廣泛應用于切斷、沖孔、落料、彎曲、鉚合和成形等工藝。壓力機工作時所受的力較大，其安全性是設計中必須重點考慮的。

本文運用ANSYS有限元分析軟件，針對某公司JB21-63型開式固定臺壓力機機身進行結構靜力分析。

1 壓力機有限元模型的建立

本分析的幾何模型的具體尺寸采用測量方法得到，建模時對一些影響較小的細節進行簡化，3D模型見圖1。由于主要分析壓力機床身的應力狀況，因而對帶輪、大小齒輪等進行省略。由大齒輪所傳遞的扭矩雖然增加曲軸的應力，但與連桿對曲軸的反力所引起的床身應力相比，其對床身的應力影響較小，因此在計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節點單元SOLID92[1]。有限元模型節點總數及單元總數見表1。網格模型見圖2。

圖1 3D模型

圖2 網格模型

表1 有限元模型節點總數及單元總數

1.2 材料參數[2-3]

機身材料楊氏模量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點上，力的方向垂直向上。工作臺墊板上也施加總力為630 kN的壓力（以面壓力計算）。

2 計算結果

2.1 應力

2.1.1 Von Mises應力

機身的Von Mises應力云圖見圖3。最大值為223.98 MPa，位于機身側板和工作臺交界處。

圖3 Von Mises應力

2.1.2 最大主應力

機身的最大主應力云圖見圖4，其最大值為269.66 MPa，位于機身側板和工作臺交界處。2.1.3最小主應力

機身的最小主應力云圖見圖5，其最大值為-227.42 MPa（負值表示壓應力），位于機身側板和曲軸交界處。

2.2 變形量

壓力機機身的總變形云圖見圖6。其最大變形量為2.02 mm。

3 結論

圖4 最大主應力

圖5 最小主應力

圖6 總變形量

壓力機機身采用材料為灰鑄鐵HT180，其抗拉強度約為150 MPa。根據靜力分析結果，最大主應力已經達到269.66 MPa（Von Mises應力也達到223.98 MPa），該壓力機采用的材料不能滿足強度要求。如果考慮沖擊的作用，應力將更大（約1.5倍）。因此，在壓力機的工作狀況下，機身容易出現疲勞斷裂。這一分析結果和該公司JB21-63壓力機在實際使用中出現斷裂的情況是相符的。建議對機身的設計進行改進，并考慮改進材料。

［1］ANSYS公司.ANSYS Help 12.0［Z］.2009.

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能數據手冊［M］.北京：機械工業出版社，1994.

［3］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版

社，2007.

(編輯：王智圣)

圖5 轉子碰磨故障前后軸心軌跡對比圖

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［11］魏協奔.TRT機組在線檢測及故障診斷系統研究［D］.廣州：廣州大學，2012.

第一作者簡介：魏協奔，男，1985年生，廣東揭陽人，碩士研究生。研究領域：光機電一體化技術、機電設備故障診斷。已發表論文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，高級工程師。研究領域：CAD/CAM/CAE。

2014－06－08