1、 湖 南 涉 外 经 济 学 院 本科毕业论文 题目 某液压机机身的有限元分析 作者 李卢鹏 学院 机械工程学院 专业 机械设计制造及其自动化 学号 12432325813615 指导教师 黄彩霞 二一六年五月十日 I 湖南涉外经济学院本科毕业论文（设计）诚信声明 本人声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立开展工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或创作过的作品成果。对本文工 作做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 。 本科毕业论文作者签名： 二
2、一六年五月十日 II 摘 要 液压机 机被广泛应用于国民经济建设的各个 部门 ， 种类繁多，发展迅速，成为机床行业的一个重要组成部分 。激烈的市场竞争条件下，降低成本、快速响应用户需求的产品设计技术对于提高企业效 益和增强企业市场竞争力有重要的意义。本文采用软件对 液压 机的 机身 进行静力分析和模态分析，通过利用软件的有限元分析以提升产品质量、缩短设计周期。本文首先对 机身 的工作原理进行分析后，得到 机身 的约束条件、受载方式。然后利用 Solidworks 软件对 机身 进行三维建模并静力分析，从而得到应力、应变、位移最大值位置。同时也进行了模态分析，得出 五 阶频率的振型，从而得到振动
3、频率下某一方向的最大振型，给结构设计提供一定的参考价值。 关键词 ： 液压机；机身；有限元分析； Solidworks III ABSTRACT Hydraulic press machine is widely used in various sectors of the national economy, a wide range of rapid development,it become an important part of the machine tool industry. In a highly competitive market conditions， reduce co
4、sts and quickly respond to user demand for the product design technology to improve business efficiency and enhance market competitiveness of enterprises of great significance. In this paper, the static analysis and modal analysis of the body of the hydraulic press are carried out by software,by usi
5、ng the finite element analysis of the software to improve the product quality and shorten the design cycle. Firstly, the working principle of the machine body is analyzed, and the constraint condition and load mode are obtained. Then, the Solidworks software is used to carry out the 3D modeling and
6、static analysis of the fuselage, and the position of the maximum stress, strain and displacement is obtained. At the same time, the modal analysis is carried out, and the mode of the five order frequency is obtained, and the maximum vibration mode of a certain direction under the vibration frequency
7、 is obtained, which provides a reference value for the structure design. Keywords: Hydraulic press; The fuselage; The finite element analysis; Solidworks IV 目 录 诚信声明 摘要 Abstract 第一章 前言 1 1.1 液压机机身的研究意义和背景 1 1.2 液压机的国内外研究现状 3 1.2.1 国外研 究现状 27 1.2.2 国内研究现状 27 1.3 研究方法及其前景 4 第二章 液压机机身 的 三维模型 5 2.1 Soli
8、dworks 简介 5 2.2 Solidworks 建模步骤 5 2.3 建立三维建模 6 第三章 液压机机身 的 静力分析 14 3.1 Solidworks 有限元分析 14 3.2 定义材料参数 14 3.3 施加约束和载荷 15 3.4 划分网格 16 3.5 得到应力应变位移结果 17 3.6 分析变形 17 第四章 液压机机身 的 模态分析 19 4.1 模态介绍 19 4.2 Solidworks 模态介绍 19 4.3 Solidworks 有限元分析 19 4.4 模态分析结果 22 结论 23 V 参考文献 24 致谢 25 湖南涉外经济学院本科毕业生毕业论文（设计） 1
9、 第一章 前 言 液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一。 l9 世纪问世以来发展很快，已经成为工业生产中不可或缺的设备之一。由于液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。如板材成型；管、线、型材挤压；粉末冶金、塑料及橡胶制品成型；胶合板压制、打包；人造金刚石、耐火砖压制和炭极压制成型；轮轴压装、校直等等。各种类型液压机的迅 速发展，有力地促进了各种工业的发展和进步。自八十年代以来，随着微电子技术、液压技术等的发展和普及，液压机有了飞速的的发展。目前，液压机的最大标称压力已达 750MN，应用在金属的模锻成型。很多机型已采用 CNC 或工业 PC 机来进行控制加工，使
10、产品的产品合格率和生产率有了相当大的提高。随着科学技术的提高，金属压制和拉伸制品更新速度逐年提高，与此同时，对产品种类的需求也越来越多，另一方面产品的生产批量日益减少。为了更好的与中、小批量生产相适应，需要能够相应的调整加工设备，使液压机成为实用的成型工艺设备。特别是当液压机 系统实现具有对压力、行程速度单独调整功能后，不仅能够实现对复杂零件以及不对称零件的加工，实现了很小的废品率。这种加工方式还适合于较长行程、难成型以及高强度的材料。可改变的动力组合、相当短短的加工时间、可根据零件长度的简易的压力行程调整，这与机械加工系统相比，有其先进性。 1.1 液压机机身的研究意义和背景 液压机与传统的
11、冲压工艺相比， 液压成形 工艺在减轻重量、减少 零件 数量和模具数量、提高刚度与 强度 、降低生产成本等方面具有明显的技术和经济优势，液压机在工业领域特别是 汽车 生产制造中得到了越来越多的应用。在汽车工业及航空 、 航天 等领域，减轻结构质量来节省工作中的能量是人们一直努力的目标，也是 先进制造技术 发展的趋势之一。液压成形就是为实现结构轻量化追求的一种先进制造技术。液压成形也被称为“内高压成形”，它的基本原理是以管材作为原材料，在管材内部施加高压液体同时，对毛坯的两端施加轴向推力，进行 补料。在两种外力的共同作用下，管坯材料发生塑性变形，并最终与模具型腔内壁贴合，得到形状与 精度 均符合技
12、术要求的中空零件 1。 液压技术的快速发展对促进整个工业化的良好发展都有着十分重要的影响。对于空心变截面 工件 ，相对传统的制造工艺是先冲压成形两个半片，之后再焊接成一个整体，而液压成形就可以一次整体成形沿构件截面有变化的空心工件。液压成形技术和工艺的主要 优点 ： 减轻质量，节约材料。对于汽车发动机托架、散热器支架等典型零件，液压成形件比冲压件减轻 18% 42%；相对于空心阶 梯湖南涉外经济学院本科毕业生毕业论文（设计） 2 轴类零件，可以减轻 41% 51%的重量。减少零件和模具数量，降低模具费用。 液压成形件通常只需要 1 套模具，而冲压件大多需要多套模具。液压成形的发动机托架零件由
13、6 个减少到 1 个，散热器支架零件由 17 个减少到 10 个。可减少后续零件加工和组装的焊接工作量。以 散热器 支架为例，散热面积增加 40%，焊点由 170 个减少到 25 个，工序由 12 减少到 只有 5 道， 生产率 可相应的提高70%。提高强度与刚度，特别是疲劳强度，如液压成形的散热器支架，其刚度在垂直方向可提高 37%，水平方向可提高 54%。减少生产成本。根据对已应用液压成形工件的统计分析，液压成形件的生产成本比冲压件平均降低 18% 22%,模具费用降低 21% 33%。因此，更快的加强对液压技术的发展研究则显得非常重要。尤其是 近几年来，人们对金属压制品与拉伸制品需求量的
14、逐年提升，液压机更是得到了更广泛的应用。 图 1.1 YH30-400 液压机 湖南涉外经济学院本科毕业生毕业论文（设计） 3 1.2 液压机的国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 国外对液压机的研究主要集中在液压机的高性能的工业控制机控制方式的液压机产品。如美国 MULTI-PRESS，丹麦 STENHOJ及加拿大的 BROWNBOGGS等公司。正是因为采用这种先进的控制方式，使整机的控制性能，生产效率都有很大提高。采用工业控制机控制方式的产品，成熟的产品是采 用可编程控制器（ PLC）的控制方式 2。 作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型在加工工艺和
15、安装方面，良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。 在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计 3。插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。国外已开始广泛采用封闭式循环油路设计。这种油路设计有效地防止泄油和污染。更重要的防止灰尘、污物、空气、化学物质侵入系统，延长了机器的使用寿命。由于加工工艺等方面的原因，国内采用封闭 式循环油路设计的系统还不多见 4。在安全性方面，国外某些采用微处理器控制的高性能液压机利用软件进行故障的检测和维护，如 BROWNBOGGS 产品可实现负载检测 5、自动模具保护以及错误诊断等功能 .。 1.2.2
16、国内研究现状 国内液压机单机的技术水平已经可以与国际中等或较先进水平相比。很多液压机生产企业通过技术引进或与国内外同行业的合作，技术发展的非常快 6。但在一些技术含量较高的液压机中，某些关键技术，如液压和电控部分，还要通过与国内外的企业或研究单位合资建立公司合作，许多相对高档的液压元件和电控元 件还主要依靠进口。目前，国内液压机产品还是以单机或单机组成的没有相关联的生产线为主，主要依靠人工上下料，带半自动的上下料的液压机台数还不足5%，由多台机器组成的全自动化生产线基本上还处于起步阶段。从产品分布上看，低档的液压机主要集中在小吨位上，其台数占有量超过总数的 60%但产值不超过 40%，一般都是
17、小吨位的四柱或单柱液压机。具有一定技术含量的中档框架液压机的产值超过 45%用于特殊场合的在控制上比较先进的高档产品产值占有率约在 15%左右，这类液压机一般采用先进的电液比例技术，来提高和达到一定的特殊功能。 国 内液压机的技术最早是从前苏联 7引进和吸收的，国内生产的液压机在刚度和强度上远远优于日本及韩国的产品，与欧美的产品相当。和国外产品比较，湖南涉外经济学院本科毕业生毕业论文（设计） 4 我国的产品在质量方面还存在很多的不足：在安全性方面，故障率还比较大，主要集中在液压系统方面，很多原因是因为液压和电器元件的安全性低引起的；漏油问题在国产液压机中很普遍；关键件的加工精度还要提高；在外观
18、和美观方面和国外公司的产品比较还有相当长的差距。 1.3 研究方法及其前景 通过对液压机的有限元分析，对液压机结构和模态分析有了更好的科学依据。通过结构模态分析得出有 效可靠的数据，从而保证液压机的强度和稳定性。也可以很好的得到液压机的失效形式，为以后液压机的设计提供帮助 8。 个人认为对液压机的有限元分析，能科学有效的对物体进行分析计算和模拟仿真。但是也存在一定的局限性如：零件的制造误差，零件约束随外界环境的变化，零件载荷和应力分布不均，零件之间的配合误差等等。所以在利用有限元分析的同时应联系生产制造。 在本选题的设计过程中，用到的理论基础都是大学期间所学的机械原理、材料力学、理论力学、机械设计、有限元分析等等。 本次毕业设计是建立在学完了全部大学专业课程的基础上进行 的，是我们在毕业之前对所学课程的一次深入的综合性的复习和总结，也是一次理论联系实际的实践，希望能够通过本次毕业设计学有所得，对未来将从事的设计类工作打下基础，从中锻炼自己分析问题和解决问题的能力。
