基于Pro-E和Ansysworkbench四柱液压机上横梁的结构优化设计

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1、第24卷第2期(总第107期)机械管理开发2009年4月Vol.24No．2(SUMNo．107)MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENTApr．2009基于Pro/E和Ansysworkbench四柱液压机上横梁的结构优化设计申磊121,董平,吴凤林(1.太原理工大学机械工程学院,山西太原030024；2.河南黄河旋风股份有限公司，河南长葛461500)【摘要】主要介绍基于Pro/E四柱液压机上横梁参数化建模并对其结构进行优化,然后利用Ansysworkbench对优化结果做有限元分析,验证了优化结果的正确性，对今后的设计提供了参考。【关键词】上横梁；结构优

2、化；Pro/E；Ansysworkbench；有限元分析【中图分类号】TP319【文献标识码】A【文章编号】1003-773X（2009）02-0010-030引言四柱液压机主要由液压缸、上横梁、下横梁、立柱等组成，这些构件的形状和受力复杂,运用传统方法设计计算费时费力，并且结果也不精确；当需设计新结构的液压机、或对原结构进行改进时,设计者通常以经验类比,效果也不理想。近年来，某些液压机横梁产生裂缝甚至断裂,某些液压机横梁是材料富裕，导致整机体积和重量增加，都反映了传统设计方法的缺陷。因此,我们采用基于建立Pro/E参数化模型和Ansys-workbench有限元分析对四柱液压机的上横梁

3、进行结图1上横梁基本结构图构优化设计,不但能够快速地修改模型，并能得到较好反作用力，由于上横梁的刚度远大于四支柱的刚度，的力学结果，具有一定的理论和实用价值。故其力学模型可简化为两端铰支，中间受压力的弯曲本文以某厂630t四柱液压机的上横梁为例,基梁；对于四柱液压机，最于Pro/E和Ansysworkbench设计计算,给出了上横梁简单的方法可视为受一主向位移的分布曲线和应力图谱,通过综合分析对原集中力，弯曲梁的最大弯结构作了改进设计。我们选用焊接结构的上横梁为基矩发生在上横梁的中间图2上横梁受力简化图本结构，选择常用材料Q235，它的焊接性能良好，市截面处，选择距离较远的两对支撑柱的方

4、向进行简场上较常见，价格低廉，其性能指标见表1，取安全系化，见图2。数n=3，则σ=σs/n=235/3=78.33MPa。4-3Mmax=0.5P×10×0.5×L×10.(1)表1上横梁的材料属性材料名称屈服强度σ（MPa）泊松比弹性模量(MPa)密度（kg/mm3）τ=P/S≤[τ].(2)sQ2352350.32.0×1057.85×10-6σ=MmaxYmax/Iz≤[σs].(3)1应用传统力学和有限元法进行结构优化设计式中:P———液压机的公称压力，kN；L———立柱中心上横梁强度设计之前，先对立柱、立柱锁紧螺帽、2距，mm；S———上横梁的最小横截面积，mm。上油缸进行设

5、计计算，以便得到上横梁连接尺寸，获得上式仅对上横梁作粗略估算，为下一步优化设计奠定大致装配结构。根据立柱、上油缸及工作台尺寸，可以[2]基础。[1]获得上横梁的一个视图的主要安装尺寸见图1。尺寸1.2建立基于Pro/Engineer的三维模型值（直径）340mm为立柱锁紧螺帽与上横梁的接触面，为使焊接应力尽量均匀及采购型材型号统一，以大小可由挤压强度计算获得；直径570mm和750mm及建立模型时减少参数个数，本文设计的肋板厚度相由上油缸确定，长度1000mm和1200mm由工作台等，5个钢桶的壁厚稍大于肋板厚度，4个对角线上的尺寸决定。肋板厚度为(DS_A+10)mm，其余肋板厚度为D

6、S_A1.1力学分析mm，上下两腹板厚度为DS_H，5个管形型材的壁厚取上横梁安装工作液压缸，加压时，上横梁承受其（DS_A+10）mm，腹板周边到肋板的距离取DS_A值。收稿日期：2008－10－13作者简介：申磊（1982－），男，河南南阳人，太原理工大学在读硕士研究生，研究方向：CAD、CAM、CAE。·10·第24卷第2期(总第107期)申磊，等：基于Pro/E机械管理开发和Ansysworkbench四柱液压机上横梁的结构优化设计2009年4月为防止肋板受力时横向弯曲，肋板的高度应小于等20倍的肋板厚度，取上横梁厚度为（16DS_A+[1]2DS_H）mm。,考虑上横梁的加工工

7、艺性，其厚度不宜过大，根据实际Q235板材厚度，暂取图5有限元模型图6加载图workbench并简化，简化DS_A=30mm、DS_H=50mm建立三维模型，获得图3上横梁三维模型图的有限元模型见图5～图7。约束载荷见图6，对于上横梁的结构图。最终效果见图3。立柱孔处的下表面需考1.3模型的初步优化虑残余预紧力的存在，其利用Pro/E的行为建模技术，利用式（2）和式（3）大小参考图4载荷分布确定DS_A和DS_H的值，以免有限元模型