采用

CAE 设计方法对液压机结构优化

　　摘要

:通过三维机械设计软件 SolidWorks 构建液压机实体模型,运用有限元软件 ANSYS

对下梁进行应力分析计算

,得出下梁弯曲应力分布云图。最后针对应力分布云图,对液压机结

构提出了改进方案

,为液压机的优化设计提供了可靠的理论依据。 

　　关键词

:有限元分析 机械设计软件 SolidWorks 实体建模 降低成本 

　　

 

　　引言

 

　　整体框架式液压机是利用液压传动技术进行压力加工的一种锻压机械设备

,在国民经济

的各行各业得到了日益广泛的应用。液压机机身结构组成链相对简单

,其布局形式一般为三

梁四柱式

,有铸造和焊接两种结构方式。液压机主要功能是完成工件的压制成型,这一过程中

机身结构要承受较大的载荷

,因此,液压机整机结构布局要求符合整体力流最短原则和力流封

闭原则。液压机结构主要以筋板为主

,造型简单。整机及部件具有相似性,这种相似性是进行参

数化设计分析的前提。就我国现在的生产状况而言

,液压机结构设计采用的仍然是传统材料

力学简化计算和经验设计相结合的方法。虽然这种设计方法在以前经过实践证明具有一定的
可靠性

,但存在着设计周期长,结构组建复杂等诸多的弊端,致使成本高,效益低,削弱了产品的

竞争力。

 

　　本文利用了三维设计软件

SolidWorks 进行建模,再用 ANSYS 作第二次建模,然后通过

ANSYS 对液压机下梁进行网络划分,加载求解,得到最大处的弯曲应力。这样除了在资源的利
用方面得到了节省

,得出来的结果也达到一定的精度。 

　　

1.液压机的优化设计 

　　

1.1 液压机建模 

　　在我们的实际设计优化中

,我们根据实际情况,建立了两个建模:一个是利用 SolidWorks

软件建立的

CAD 模型;另一个是利用 ANSYS 软件建立的 CAE 模型。原因是目前各个

CAD/CAE 软件彼此之间的模型通用性较差不能很好的实现无缝对接,在导入中经常会发生
部分模型数据丢失的情况

,所以,我们的研究方向是利用了 SolidWorks 软件进行建模,再用

ANSYS 作第二次建模,然后分析和优化,这样除了在资源的利用方面得到了节省,得出来的结
果也达到一定的精度。

 

　　

2.分析与优化 

　　

2.1 优化前分析结果 

　　使用

ANSYS 软件进行 CAE 模型建立,对 THP61-500 型整体框架式液压机下梁进行分析

运算

,然后将优化前的变形和应力云图从软件中保存出来(如图 1.图 2 所示)。注:其中材料应力

变形图为弹性材料模型所得到的应力变形结果。

 

　　

 从图中不难看出随着整体下梁结构上不同颜色的分布,液压机下梁各部位在受力的情况

下发生的变形是不同的。其中出现红色的孔受力发生变形最大。变形最大值为

0.1637mm。通

常情况下

,我们考虑极限值为下梁长度的 1/5000。 

　　

 从图中可以看出,应力主要集中在孔边缘,因为整体液压机在工作的时候,其承载了很大

的压力

,最大值为 64.400MPa,在许可的范围内。其余部分应力分布都很均衡,受力后影响不大。

 
　　从上两图中可以看出

,实际变形应力值与极限值还有很大的差距。在这种情况下,液压机

在承受载荷时发生的变形很小

,安全系数很高。用了很多没必要的材料,造成了人力和物力上

的浪费

,无形的增加了产品的成本。所以我们要利用有限元技术对此进行优化,通过合理分配

油缸的受力

,降低梁的高度,减小某些筋板的厚度,去掉一些没有用的筋板等一些方法,得到相

比起来更优化的结果。达到既能让机器安全稳定的运行

,又能减少材料,减轻液压机的重量,降