基于ansys论文_郭双飞1,安磊2

摘要：电动螺旋压力机的机身刚度和强度对整机的使用寿命，提升打击能量使用效率有着十分重要的参考价值。提升机身刚度，降低机身的应力水平是机身设计的重点。以有限元作为分析工具，建立静态下整机的受力模型。通过分析表明，拉杆对提升机身刚度，降低机身立柱应力水平有着十分重要的意义。

1、引言

电动螺旋压力机是20世纪40年代问世的一种具有重大技术突破的设备，具有结构简单，机械部分零件损耗少，能量可控性好，工艺性强等优点，故不断得到发展，并广泛应予以闭式模锻，精密模锻等锻造领域中。大型锻压设备一般采用拉杆预紧的组合式框架结构，如分体拉杆结构单柱液压机、高压成型机等设备。目前拉杆很少使用在整机机身中，不过拉杆在整体机身中的作用也非常明显，虽然拉杆本身在工作中受力情况比较恶劣，但是相对机身，拉杆的造价更为便宜，加工周期更短，并且相对于机身拉杆更可以进行淬火处理，也可以更灵活的进行选材，所以通过拉杆提升机身的整体性能延长机身寿命具有很强的经济性和可操作性。

2、电动螺旋压力机工作原理

电动螺旋压力机飞轮旋转带动滑块向下移动，当滑块接触工件时，飞轮依靠自身惯继续做功。由此可见，滑块的压力主要来自于飞轮的惯性作用。

在打击过程中工件塑性变形所吸收的功W变形是由飞轮、滑块的动能E转变而来，该动能分别转变为机身弹性变形能E1、模具、丝杠、飞轮的弹性变形能E2以及工件本身在弹性阶段的变形能E3，用公式表达为：W变形=E-E1-E2-E3可见减少E1、E2对提升打击的做功效率有十分重要的作用。显而易见提升机身刚度减小机身变形量可有效降低机身弹性变性能E1。可以看出机身立柱部分向上连接顶端动力部分，向下连接底部工件工作台，是机身中非常重要的部分，立柱部分的刚度和强度直接影响了整个机身的刚度和寿命。

在打击过程中机身工作台受到工件对它的向下的力F1′，机身上端受到丝杠轴肩对它向上的力F2′，F1′=（F2′+G飞轮+G丝杠+G滑块），由于下压力远远大于整机重力，所以这两个力大小近似相等，方向相反，构成了对机身立柱的拉伸作用。

3、分析设置

此分析设置了三种状态分别是无拉杆状态，拉杆预紧力1MN，拉杆预紧力2MN。如图所示。

该分析所用材料泊松比均为0.32，弹性模量均采用8.0×1010

螺母与机身采用摩擦配合（Firctional），摩擦系数0.15，螺母与拉杆采用结合配合（Bonded）。

为简化分析过程，提升分析效率此分析，删除了与分析无关的各种小孔、小台阶、小平台，并采用了1/4模型。根据图一，在相应位置施加4MN的力载荷。此外，机身在地基上，受地脚螺栓固定的边界条件施加方式在这里不做累述。

4、运行结果

运行完毕后分别在内侧面和外侧面选取两个点作为探测值如下图所示

2MN预紧力静止时状态

2MN预紧力加载时

注：最大变形量=机身受预紧力压缩量+工作时拉伸量

由于拉杆分担了机身立柱在工作过程中所受的张力，并且拉杆的预紧力也在一定程度上抵消了部分张力所以可见随着预紧力的提升机身立柱应力水平迅速下降。机身材料是线性材料，机身立柱在线性变形阶段应力的的增加并不能改变应力与应变的比值及弹性模量不变，而受力部分的截面积也不会改变，因此机身整体刚度不会因预紧力的增加而提高。而拉杆的参与增加了受力部分的截面积，因此有无拉杆对提升机身刚度有很大影响。

5、结论

由分析结果可知：适当的添加拉杆，适当范围内增加拉杆预紧力可以降低机身立柱的应力值，减小机身的变形量，提高了机身的强度和刚度，但是拉杆预紧力的大小对机身总变形量的影响不大，因此给机身加上拉杆具有一定的积极意义。

参考文献

1、宋明正 电动螺旋压力机力能特性及试验 锻压技术 1999

2、韩林源 电动螺旋压力机结构结构特点及其性能分析 机械工程师 2007

论文作者:郭双飞1,安磊2

论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期

论文发表时间:2020/4/29

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