基于SolidWorks的螺旋压力机机架有限元分析

    螺旋压力机是锻压生产中最重要的设备之一，可以完成模锻、精压、切边、镦锻和校正等不同的锻压工艺，在汽车、航空航天、工程机械、国防等行业中广泛应用。其种类有摩擦式、液压式、电动式(交流伺服驱动、楔型、多击式)、离合器式螺旋压力机等。近年来，螺旋压力机的发展逐渐朝着大吨位方向进行，其中一项关键性技术就是机架的合理设计与制造，它的质量大、结构比较复杂，不仅承受锻压生产中所产生的力和力矩，而且是连接螺旋压力机各项机构的基础，因此对螺旋压力机的机架进行设计及研究具有了十分重要的意义。

    多年来，我国一些大吨位压力机一直采用经验设计方法，其结构的合理性有待研究，没有认真考虑最大应力、如何合理布置金属、降低自重、提高刚度等。螺旋压力机机架的设计水平，对整体设备的技术性能、使用寿命和制造成本都有着极大的影响。一旦出现问题将酿成重大安全事故，并且经过野方案设计、样品试制、工况试验、优化、试用冶等多次设计循环过程，耗费大量人力物力，不符合现实生产要求。利用计算机三维CAD设计与分析技术模拟螺旋压力机机架，具有设计质量高、周期短、风险小和成本低的特点。

    本文首先在中建立液压螺旋压力机机架装配体模型，然后直接应用 Simulation插件模块进行有限元静力学分析，并详细讲述了有限元静力学分析计算的步骤，然而软件设计和仿真分析与真实情况还是有一定的差异，所以要通过试验原型测试对软件分析进行校正，最后对拉杆直径进行优化，对从事该行业的工程技术人员具有一定的指导作用。

    1 三维建模及简化

    根据63MN液压式螺旋压力机机架的图纸，在中分别建立横梁、底座、立柱、拉杆的三维模型，然后进行装配。由于机架各部位的结构是对称的，故只取模型的1/4进行模拟分析，并且要简化特征，如横梁、底座的工艺孔、倒角、圆角等；用直线将无关紧要的曲线替换掉；消除接触结构之间的缝隙；另外由于此模型只是用于CAE分析，对拉杆和预紧螺母结构作了一定的简化处理，由原来的两个零件装配关系转化为一个零件，这样既可以大幅度减少网格的数量，保证模拟的准确性，又可极大地提高计算效率。导入后的模型如图1、2所示。

图1 机架的实体模型

图2 拉杆简化模型

    2 机架静力学分析