封头无胎冷旋压机机架的有限元分析及优化设计.pdf

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1、机械设计与制造第5期62MachineryDesign&Manufacture2012年5月文章编号：lOO1—3997(2012)05—0062—03封头无胎冷旋压机机架的有限元分析及优化设计张涛李盂光(’燕山大学机械工程学院，秦皇岛066004)(上海索辰科技有限公司北京分公司，北京100052)OptimizeddesignandfiniteelementanalysisforframeofmouldlesscoldspinningMachineforvesselendclosuresZHANGTaoI,LIMeng-guang(。Colle

2、geofMechanicalEngineering，YanshanUniversity，Qinhuangdao066004，China)(T-Solution，Beijing100052，China)^t’一十，d十●一十斤’十db十十一十十d一十十t+、0十td十十”十十’d^、‘十十q、t’q、‘、t’tpl’、t十、●一【摘要】在对封头无胎冷旋压机机架进行受力分析的基础上，以分析软件ANSYS和建模软件SolidWorks为主要开发工具建立了在静态下的机架受力模型。基于组合机架的结构特点，分析并计算了机架上梁与预紧螺母之间的作用力。对旋压机机

3、架施加载荷和约束，得到加载模型。经过有限元分析，计算了机身的强度和刚度，确定了危险点的位置，并对机架进行了拓扑优化分析。依据优化分析结果给出了具体的改进方案，得到了经优化后的机身结构，为旋压机整机的结构优化设计打下了良好基础。关键词：旋压机；封头；旋压力；拓扑优化；结构优化【Abstract】Basedonanalyzingtheforcesactingontheframeofthemouldlesscoldspinningmachinervesselendclosures，aframeload-carryingmodelunderstaticst

4、ateWascreatedusingmainlytheanalyticSoftwoareANSYSandthesimul~ionSoftwaFeSolidWorks．Basedonthestructuralcharacteristicsoftheas—-sembledframe，theactingforcebetweentheupperbeamoftheframeandthepre—tighteningnutwereana一edandcomputed．AndtheloadingmodelWasobtainedbyapplyingtheloadsan

5、dconstraintsontheframethespinningmachine．Thenthestrengthandstiffnessofthemachinebo曲Wascalculated，thelocationofthedangerpointWasdeterminedandtopologyoptimizationoftheframeWascarriedoutthroughfiniteele——mentanalysis．Afterthataspecifieimprovementplanisproposedandthemachinebodystr

6、uctureisopti—m&edaccordingtotheanalysisresults，whichlaysagoodfoundationfortheoptimizedstructuraldesignofthewholespinningmachine．Keywords：Spinformingmachine；Head；Spinningforce；Topologyoptimization；Structureopti··mization中图分类号：TH16，TG375+．13文献标识码：A的各种零部件易于安装、调整及维修；1引言(3)结构设计力求减少

7、振动和噪声。机架是旋压机的主要部件，机架的重量及机加工工时在整机成本中占有较高比例。旋压机在工作时，机架的变形量在机器的总变形中也占有很大的比重。所以，在机架设计中，如何合理布置金属，减轻重量，提高强度和刚度，使应力分布均匀合理，是必须认真考虑的问题。封头无胎冷旋压机的结构简图，如图1所示。在此设备上，可生产最大直径为~b(3600x30)mm的低碳钢、低碳合金钢及不锈钢等材料的冷旋压封头。机架由上梁、下梁、中间立柱及预紧拉杆等组成。对于机架的设计主要考虑以下几点：图1旋压机结构简图1上梁2．左立柱3．右立柱4．下梁5．顶紧缸6．主轴7．旋压辊8．

8、成型辊(1)各件为焊接结构。在满足强度、刚度条件下，降低自重，节约金属；2机架结构的建模(2)结构力求简单、美观，便于加工