锻造操作机钳杆关键件的有限元分析与优化设计

摘要

大型锻造操作机,既是快锻液压机组中的重要辅助装备之一,也是一种极端载荷条件下特殊的工业载运设备,其具有载荷大、惯量大、自由度多、响应频繁、动作速度高和操控能力强等特点。
　　对于重型锻造操作机来说,都应当满足使用要求、机构强度和刚度前提下使质量最轻,减轻质量有两个益处:一是,可以有效的节省材料,降低能源消耗;二是,对于操作机中的运动零件来说,可以减小运动惯量、改善机构的动力性能,减小作用于构件上的载荷。影响锻造操作机钳杆夹持装置质量的一个重要因素就是夹持力计算是否合理,如果夹持力过大,会使设备整体或夹持装置结构尺寸变大,机构设计不确定因素大大增加,甚至严重时导致钳口、钳臂、连杆和钳壳等零部件出现断裂,因此,确定锻造操作机的夹持应用工况和夹持力的有效合理计算方法是设计夹持装置的关键,通过建立不同的夹持力数学计算模型,计算出最合理的钳口夹持力数值。
　　本论文以锻造操作机稳定夹持为前提,分析钳口夹持工件的接触状态,研究不同夹持状态下的钳口夹持力,确定符合实际应用工况的夹持力计算方法,针对30t锻造操作机,以减轻钳杆夹持装置关键件的质量为目的,运用虚拟仿真技术对钳杆夹持装置关键件进行了有限元分析与优化设计,通过确定优化目标、约束条件和设计变量,最终达到到模型结构及关键件优化的目的。
　　本论文对钳杆装置关键件有限元分析与优化设计采用虚拟联合仿真技术,其优势是不同的分析模型根据实际情况采用不同的分析软件,每个软件做一定的分析数据,通过软件之间的数据传递的接口,将各自软件完成数据相互使用,可以有效的提高设计和分析的效率,大大缩短设计周期,节省时间。传统设计中,几何形状复杂的零件无法用工程力学、材料力学中的强度理论来计算零件强度,这些主要靠经验、类比和实验的方法确定。现代设计方法比传统方法更能满足工程实际要求,尤其在现代机械装备设计中,是有效且高质量地分析复杂结构模型或装配体的一种手段,也为分析研究锻造操作机问题提供一种思路。

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1绪论

1.1 引言

1.2 快锻液压机组概述

1.3 锻造操作机国内外发展现状

1.4 锻造操作机简介

1.5 研究目的与意义

1.6 本章小结

2锻造操作机钳杆装置分析

2.1 钳杆装置的结构组成

2.2 钳杆夹持装置的结构形式

2.3 本章小结

3锻造操作机钳口夹持力分析

3.1 基于摩擦状态下钳口夹持力分析

3.2 基于允许下垂偏角状态下钳口夹持力分析

3.3 两种夹持力计算方法的比较分析

3.4 本章小结

4锻造操作机钳杆夹持装置有限元分析

4.1 有限元法分析的基本过程

4.2 钳杆夹持装置有限元模型的前处理

4.3 钳杆夹持装置有限元模型的后处理

4.4 本章小结

5锻造操作机钳杆关键件的优化设计

5.1 关键件参数化模型的建立

5.2 关键件的优化设计及分析

5.3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果