基于虚拟样机的高速压力机关键结构件的载荷分析

【摘要】高速压力机是工业生产中一种广泛使用的锻压机械，目前国产高速压力机的可靠性水平较国外有一定差距。要提高压力机的设计水平，对其机械结构件在工作时载荷状况作全面了解是必不可少的。本文依托2011年国家重大科技专项“数控高速冲压设备可靠性增长技术”，以项目合作机床企业的J76-125E型闭式双点高速精密冲压机床为对象，使用虚拟样机建模和载荷统计的方法，对压力机传动系统的连杆和曲轴两种结构件的载荷做全面的统计和分析。在机床用户公司进行了实地调研跟踪。使用理论方法，计算压力机在实际零件加工中上模的受力和在各阶段的时间占比。实际使用中，压力机的载荷的区分明显，上模所受冲裁力远大于其他时间段的受力，但其时间占比不到压力机整个使用时间的1%，其余大部分时间压力机都受空载。为了对虚拟样机模型进行验证，进行了压力机的打桩实验。使压力机在不同打桩力和打桩频率下工作，使用吨位计、加速度传感器等设备，对压力机的打桩力、滑块加速度等数据进行了测量与采集。使用Adams等软件建立压力机的虚拟样机模型，使用实验数据对模型进行了修正。对比实验和仿真的打桩力与滑块加速度等数据，证明虚拟样机和真实样机在动态特性上吻合良好，仿真数据较为可信。参照实验共设置了30组工况，在不同工况下进行了多体动力学仿真，获取了所研究结构件的较全面的载荷数据。编写了用于载荷统计的雨流计数法程序，并除均值、幅值外提出了两个新的统计变量：跨度和方向。在对虚拟样机的载荷数据的雨流统计结果中，四种统计变量均有较强的分布规律。分析不同工况下连杆和曲轴的应力、应变的时间历程及其最大值，其零件应力与应变的最大值基本不受打桩频率的影响，主要受打桩力大小影响。打桩力与应力、应变的最大值呈线性相关性。绘制了连杆和曲轴的参考疲劳寿命云图，指出了潜在的危险区域。两种结构件在最大工况下的寿命均满足压力机的设计要求，在实际工况下基本没有材料失效的危险。
【作者】张良；
【导师】李国发；
【作者基本信息】吉林大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】高速压力机；机械结构；疲劳寿命；载荷谱；多体动力学；雨流计数法；虚拟样机；

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