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

1、For personal use only in study and research; not forcommercial use利用 SolidWorks對(duì)連接銷座設(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軟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

2、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)銷子進(jìn)行傳遞， 銷子作為傳力部件又將力傳遞到銷座上再傳給框架， 所以銷座的強(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有限元軟件對(duì)各主要部件進(jìn)行了強(qiáng)度分析，其中銷座的強(qiáng)度分析過(guò)程如下。2 銷座有限元分析參數(shù)定義由于該件受力較大，設(shè)計(jì)時(shí)選用了 ZG35Mn材料，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

3、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A面(圖 2)和頂梁緊密接觸，兩個(gè)零件通過(guò)兩個(gè)銷孔以及12 條螺栓連接， B面上的孔用來(lái)安裝插拔銷子，所以，在 A 面及該面各孔上應(yīng)施加完全約束 ; 在銷孔上根據(jù)銷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2000 t ，故而分析過(guò)程中從所有工況中選取銷座最惡劣的工作狀態(tài)完成。圖 2 銷座受力面分析圖 3 銷座約束與受力分析施加完合理約束以及載荷后，

4、 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 銷座應(yīng)力分析結(jié)果圖 5 銷座位移分析結(jié)果從圖 4 分析結(jié)果可以看出， 銷座最大應(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 996.2 MPa ，而該材料的 s=345MPa， b=570MPa,可見(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 顯示出了銷座受力后的變形情況。通過(guò)上述模擬分析 ,

5、 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)CAD技術(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C

6、AD/CAM/CAE軟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)銷子進(jìn)行傳遞， 銷子作為傳力部件又將力傳遞到銷座上再傳給框架， 所以銷座的強(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，

7、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有限元軟件對(duì)各主要部件進(jìn)行了強(qiáng)度分析，其中銷座的強(qiáng)度分析過(guò)程如下。2 銷座有限元分析參數(shù)定義由于該件受力較大，設(shè)計(jì)時(shí)選用了 ZG35Mn材料，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A面(圖 2)和頂梁緊密接觸，兩個(gè)零件通過(guò)兩個(gè)銷孔以及12 條螺栓連接， B面上的孔用來(lái)安裝插拔銷子，所以，在 A 面及該面各孔上應(yīng)施加完全約束 ; 在銷孔上根據(jù)銷座的安裝方向施加軸承載荷(

8、 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 2000 t ，故而分析過(guò)程中從所有工況中選取銷座最惡劣的工作狀態(tài)完成。圖 2 銷座受力面分析圖 3 銷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 銷座應(yīng)力分析結(jié)果圖 5 銷座位移分析結(jié)果從圖 4 分析結(jié)果可以看出， 銷座最大應(yīng)力存在于 B 面和 C面的轉(zhuǎn)角處， 此處初始設(shè)

9、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 996.2 MPa ，而該材料的 s=345MPa， b=570MPa,可見(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)CAD技術(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。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f ü r den pers?nlichen fü r Studien, Forschung, zu kommer