JB21-63压力机有限元分析

林庆文

（广东水利电力职业技术学院，广东广州 510635）

JB21-63压力机有限元分析

林庆文

（广东水利电力职业技术学院，广东广州 510635）

应用ANSYS软件对JB21-63型开式固定台压力机进行强度分析，得出其在工作状态下的应力及位移结果，为该压力机的改进提供理论依据。

压力机；有限元分析；ANSYS；结构分析

0 引言

开式固定台压力机具有结构简单、操作方便的特点，广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺。压力机工作时所受的力较大，其安全性是设计中必须重点考虑的。

本文运用ANSYS有限元分析软件，针对某公司JB21-63型开式固定台压力机机身进行结构静力分析。

1 压力机有限元模型的建立

本分析的几何模型的具体尺寸采用测量方法得到，建模时对一些影响较小的细节进行简化，3D模型见图1。由于主要分析压力机床身的应力状况，因而对带轮、大小齿轮等进行省略。由大齿轮所传递的扭矩虽然增加曲轴的应力，但与连杆对曲轴的反力所引起的床身应力相比，其对床身的应力影响较小，因此在计算中没有考虑大齿轮所传递的扭矩的影响。

1.1 单元模型

本分析采用ANSYS软件。采用四面体10节点单元SOLID92[1]。有限元模型节点总数及单元总数见表1。网格模型见图2。

图1 3D模型

图2 网格模型

表1 有限元模型节点总数及单元总数

1.2 材料参数[2-3]

机身材料杨氏模量E=1.2e5 MPa，密度ρ=7.0× 10-9ton/mm3（HT150或HT180）。曲轴材料杨氏模量采用E=2.0e5 MPa，密度ρ=7.8*10-9ton/mm3（铸钢或45＃钢）。

1.3 约束及载荷

约束条件：压力机的底面固定。

载荷条件：630 kN作用在与连杆接触的曲轴中间圆柱面的下半部分的节点上，力的方向垂直向上。工作台垫板上也施加总力为630 kN的压力（以面压力计算）。

2 计算结果

2.1 应力

2.1.1 Von Mises应力

机身的Von Mises应力云图见图3。最大值为223.98 MPa，位于机身侧板和工作台交界处。

图3 Von Mises应力

2.1.2 最大主应力

机身的最大主应力云图见图4，其最大值为269.66 MPa，位于机身侧板和工作台交界处。2.1.3最小主应力

机身的最小主应力云图见图5，其最大值为-227.42 MPa（负值表示压应力），位于机身侧板和曲轴交界处。

2.2 变形量

压力机机身的总变形云图见图6。其最大变形量为2.02 mm。

3 结论

图4 最大主应力

图5 最小主应力

图6 总变形量

压力机机身采用材料为灰铸铁HT180，其抗拉强度约为150 MPa。根据静力分析结果，最大主应力已经达到269.66 MPa（Von Mises应力也达到223.98 MPa），该压力机采用的材料不能满足强度要求。如果考虑冲击的作用，应力将更大（约1.5倍）。因此，在压力机的工作状况下，机身容易出现疲劳断裂。这一分析结果和该公司JB21-63压力机在实际使用中出现断裂的情况是相符的。建议对机身的设计进行改进，并考虑改进材料。

［1］ANSYS公司.ANSYS Help 12.0［Z］.2009.

［2］ 机械工程材料性能数据手册编委会.机械工程材料性

能数据手册［M］.北京：机械工业出版社，1994.

［3］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版

社，2007.

(编辑：王智圣)

图5 转子碰磨故障前后轴心轨迹对比图

参考文献：

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［2］Pennacchi P，Bachschmid N，Tanzi E.Light and short arc rubsin rotating machines：Experimental tests and modelling［J］.Mechanical Systems and Signal Process⁃ing，2009，23（7）：2205-2227.

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［11］魏协奔.TRT机组在线检测及故障诊断系统研究［D］.广州：广州大学，2012.

第一作者简介：魏协奔，男，1985年生，广东揭阳人，硕士研究生。研究领域：光机电一体化技术、机电设备故障诊断。已发表论文6篇。

(编辑：向 飞)

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

林庆文，男，1962年生，广东饶平人，硕士，高级工程师。研究领域：CAD/CAM/CAE。

2014－06－08