利用SolidWorks對(duì)連接銷(xiāo)座設(shè)計(jì)進(jìn)行強(qiáng)度分析

1、Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse利用SolidWorks對(duì)連接銷(xiāo)座設(shè)計(jì)進(jìn)行強(qiáng)度分析0引言隨著機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷進(jìn)步，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件水平的不斷提高，數(shù)值計(jì)算科學(xué)的成熟，近年來(lái)各種CAD/CAM/CAE件普遍集成了有限元法的思想，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、分析、制造一條龍的機(jī)械產(chǎn)品輔助設(shè)計(jì)制造體系。本文就某液壓支架試驗(yàn)臺(tái)一關(guān)鍵件的強(qiáng)度分析及由此完成的設(shè)計(jì)修改進(jìn)行了敘述，適時(shí)預(yù)防了可能發(fā)生的安全隱患。1液壓支架試驗(yàn)臺(tái)總體樣式及承載方式該液壓支架試驗(yàn)臺(tái)采用了內(nèi)加載框架式結(jié)構(gòu)，總體外觀如圖1所示。圖1液壓支架試驗(yàn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)將

2、液壓支架安放于試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部，頂梁、底座是在壓架試驗(yàn)中和液壓支架直接接觸部分，當(dāng)系統(tǒng)施壓時(shí)，力將通過(guò)框架上的4個(gè)銷(xiāo)子進(jìn)行傳遞，銷(xiāo)子作為傳力部件又將力傳遞到銷(xiāo)座上再傳給框架，所以銷(xiāo)座的強(qiáng)度是否足夠直接關(guān)系到試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和使用安全性。因此，對(duì)于精確完成后的三維實(shí)體模型，利用SolidWorks軟件集成的COSMOSWORKS元軟件對(duì)各主要部件進(jìn)行了強(qiáng)度分析，其中銷(xiāo)座的強(qiáng)度分析過(guò)程如下。2銷(xiāo)座有限元分析參數(shù)定義由于該件受力較大，設(shè)計(jì)時(shí)選用了ZG35Mn#料，分析過(guò)程中首先將該材料的彈性模量、泊松比、抗剪模量、張力強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、以及密度按照要求輸入系統(tǒng)。參數(shù)值如表1所示。表1材料參數(shù)表根據(jù)結(jié)構(gòu)特性進(jìn)

3、行受力分析可以發(fā)現(xiàn)，零件的人面（圖2）和頂梁緊密接觸，兩個(gè)零件通過(guò)兩個(gè)銷(xiāo)孔以及12條螺栓連接，B面上的孔用來(lái)安裝插拔銷(xiāo)子，所以，在A面及該面各孔上應(yīng)施加完全約束;在銷(xiāo)孔上根據(jù)銷(xiāo)座的安裝方向施加軸承載荷（如圖3所示）。軸承載荷的大小取決于試驗(yàn)過(guò)程中采用的不同工況，該工況嚴(yán)格按照MT312-2000液壓支架通用技術(shù)條件規(guī)范執(zhí)行，該試驗(yàn)臺(tái)要求最大承載2000t，故而分析過(guò)程中從所有工況中選取銷(xiāo)座最?lèi)毫拥墓ぷ鳡顟B(tài)完成。2 銷(xiāo)座受力面分析圖3銷(xiāo)座約束與受力分析施加完合理約束以及載荷后，設(shè)置合理的網(wǎng)格參數(shù)，對(duì)實(shí)體進(jìn)行分網(wǎng)操作，網(wǎng)格成功劃分后即可執(zhí)行有限元運(yùn)算。3銷(xiāo)座有限元分析結(jié)果圖4、圖5分別是有限元分析

4、過(guò)程結(jié)束后采集到的應(yīng)力、位移結(jié)果。圖4銷(xiāo)座應(yīng)力分析結(jié)果圖5銷(xiāo)座位移分析結(jié)果從圖4分析結(jié)果可以看出，銷(xiāo)座最大應(yīng)力存在于B面和C面的轉(zhuǎn)角處，此處初始設(shè)計(jì)時(shí)受到結(jié)構(gòu)限制不能取更大的圓角，因而造成工作過(guò)程中產(chǎn)生較大的應(yīng)力，最大應(yīng)力值為996.2MPa，而該材料的°s=345MPa°b=570MPaM見(jiàn)應(yīng)力水平已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)材料的屈服極限和強(qiáng)度極限，工作過(guò)程中將會(huì)發(fā)生不可預(yù)料的危險(xiǎn)。圖5顯示出了銷(xiāo)座受力后的變形情況。通過(guò)上述模擬分析,可見(jiàn)即使在靜態(tài)載荷的作用下，結(jié)構(gòu)已經(jīng)處于非常危險(xiǎn)的狀態(tài)。如果考慮到試驗(yàn)過(guò)程中的反復(fù)打壓試驗(yàn)，機(jī)件真正受到的載荷是疲勞載荷，還應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。因此必須以

5、此為依據(jù)重新更改設(shè)計(jì)。新設(shè)計(jì)中，首先把圓角半徑加大，同時(shí)將兩條加強(qiáng)筋的位置以及尺寸進(jìn)行了重新布置，更改后重新進(jìn)行上述分析，使得應(yīng)力程度大幅度降低，而且降到了材料屈服極限以下。4結(jié)語(yǔ)CA火術(shù)是高效、直觀的設(shè)計(jì)手段，CAE則是對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)的科學(xué)方法，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，做到二者相輔相成、有機(jī)結(jié)合，必將起到事半功倍的設(shè)計(jì)效果。說(shuō)明：本信息0引言隨著機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷進(jìn)步，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件水平的不斷提高，數(shù)值計(jì)算科學(xué)的成熟，近年來(lái)各種CAD/CAM/CAE件普遍集成了有限元法的思想，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、分析、制造一條龍的機(jī)械產(chǎn)品輔助設(shè)計(jì)制造體系。本文就某液壓支架試驗(yàn)臺(tái)一關(guān)鍵件的強(qiáng)度分析及由此完成的設(shè)計(jì)修

6、改進(jìn)行了敘述，適時(shí)預(yù)防了可能發(fā)生的安全隱患。1液壓支架試驗(yàn)臺(tái)總體樣式及承載方式該液壓支架試驗(yàn)臺(tái)采用了內(nèi)加載框架式結(jié)構(gòu)，總體外觀如圖1 所示。1液壓支架試驗(yàn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)將液壓支架安放于試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部，頂梁、底座是在壓架試驗(yàn)中和液壓支架直接接觸部分，當(dāng)系統(tǒng)施壓時(shí)，力將通過(guò)框架上的4個(gè)銷(xiāo)子進(jìn)行傳遞，銷(xiāo)子作為傳力部件又將力傳遞到銷(xiāo)座上再傳給框架，所以銷(xiāo)座的強(qiáng)度是否足夠直接關(guān)系到試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和使用安全性。因此，對(duì)于精確完成后的三維實(shí)體模型，利用SolidWorks軟件集成的COSMOSWORKS元軟件對(duì)各主要部件進(jìn)行了強(qiáng)度分析，其中銷(xiāo)座的強(qiáng)度分析過(guò)程如下。2 銷(xiāo)座有限元分析參數(shù)定義由于該件受力較大，

7、設(shè)計(jì)時(shí)選用了ZG35Mn#料，分析過(guò)程中首先將該材料的彈性模量、泊松比、抗剪模量、張力強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、以及密度按照要求輸入系統(tǒng)。參數(shù)值如表1所示。表1材料參數(shù)表根據(jù)結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行受力分析可以發(fā)現(xiàn)，零件的人面（圖2）和頂梁緊密接觸，兩個(gè)零件通過(guò)兩個(gè)銷(xiāo)孔以及12條螺栓連接，B面上的孔用來(lái)安裝插拔銷(xiāo)子，所以，在A面及該面各孔上應(yīng)施加完全約束;在銷(xiāo)孔上根據(jù)銷(xiāo)座的安裝方向施加軸承載荷（如圖3所示）。軸承載荷的大小取決于試驗(yàn)過(guò)程中采用的不同工況，該工況嚴(yán)格按照MT312-2000液壓支架通用技術(shù)條件規(guī)范執(zhí)行，該試驗(yàn)臺(tái)要求最大承載2000t，故而分析過(guò)程中從所有工況中選取銷(xiāo)座最?lèi)毫拥墓ぷ鳡顟B(tài)完成。2銷(xiāo)座受力面

8、分析圖3銷(xiāo)座約束與受力分析施加完合理約束以及載荷后，設(shè)置合理的網(wǎng)格參數(shù)，對(duì)實(shí)體進(jìn)行分網(wǎng)操作，網(wǎng)格成功劃分后即可執(zhí)行有限元運(yùn)算。3 銷(xiāo)座有限元分析結(jié)果圖4、圖5分別是有限元分析過(guò)程結(jié)束后采集到的應(yīng)力、位移結(jié)果。圖4銷(xiāo)座應(yīng)力分析結(jié)果圖5銷(xiāo)座位移分析結(jié)果從圖4分析結(jié)果可以看出，銷(xiāo)座最大應(yīng)力存在于B面和C面的轉(zhuǎn)角處，此處初始設(shè)計(jì)時(shí)受到結(jié)構(gòu)限制不能取更大的圓角，因而造成工作過(guò)程中產(chǎn)生較大的應(yīng)力，最大應(yīng)力值為996.2MPa，而該材料的°s=345MPa°b=570MPaM見(jiàn)應(yīng)力水平已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)材料的屈服極限和強(qiáng)度極限，工作過(guò)程中將會(huì)發(fā)生不可預(yù)料的危險(xiǎn)。圖5顯示出了銷(xiāo)座受力后的變形情況

9、。通過(guò)上述模擬分析,可見(jiàn)即使在靜態(tài)載荷的作用下，結(jié)構(gòu)已經(jīng)處于非常危險(xiǎn)的狀態(tài)。如果考慮到試驗(yàn)過(guò)程中的反復(fù)打壓試驗(yàn)，機(jī)件真正受到的載荷是疲勞載荷，還應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。因此必須以此為依據(jù)重新更改設(shè)計(jì)。新設(shè)計(jì)中，首先把圓角半徑加大，同時(shí)將兩條加強(qiáng)筋的位置以及尺寸進(jìn)行了重新布置，更改后重新進(jìn)行上述分析，使得應(yīng)力程度大幅度降低，而且降到了材料屈服極限以下。4 結(jié)語(yǔ)CA火術(shù)是高效、直觀的設(shè)計(jì)手段，CAE則是對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)的科學(xué)方法，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，做到二者相輔相成、有機(jī)結(jié)合，必將起到事半功倍的設(shè)計(jì)效果。僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.Nurfurdenpers?nlichenfurStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.Pourl'etudeetlarechercheuniquementddesf