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針對(duì)剪切機(jī)機(jī)架的各部分應(yīng)力變形未知的現(xiàn)實(shí)，采用計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)軟件ANSYS對(duì)機(jī)架進(jìn)行了三維應(yīng)力有限元分析，找出了其薄弱環(huán)節(jié)，并用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
圖為機(jī)架整體圖，為了精確揭示機(jī)架的應(yīng)力、變形情況，在建模時(shí)，考慮到機(jī)架的結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，雖然結(jié)構(gòu)的受力不完全對(duì)稱，但在傳動(dòng)側(cè)的右半片機(jī)架的受力大些，所以在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時(shí)，只分析受力比較危險(xiǎn)的右半片機(jī)架。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以采用20節(jié)點(diǎn)的三維實(shí)體單元SOLID95進(jìn)行剖分，模型共劃分14407個(gè)單元、23649個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖。機(jī)架的材質(zhì)為HT15-33，其彈性模量為120000MPa，泊松比為0.25。
如圖所示，機(jī)架受力為：曲軸傳給機(jī)架的力(P1x、P1y)、螺栓對(duì)機(jī)架突出部分的壓力(P2)和剪切力通過(guò)下刃臺(tái)傳給機(jī)架底座的壓力(P3)。其中，曲軸對(duì)機(jī)架的作用力按均布載荷施加；螺母對(duì)機(jī)架的壓力和剪切力通過(guò)下刃臺(tái)傳遞給機(jī)架底座的壓力都是按均布載荷施加。
由于機(jī)架底座是用螺栓固定在地基上，不產(chǎn)生移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，所以底座按全約束處理；機(jī)架沿z軸方向左右對(duì)稱，所以對(duì)稱斷面的z方向的位移被約束。
以剪切材質(zhì)為SS400的被剪切件為例進(jìn)行機(jī)架的三維有限元計(jì)算和分析，最大剪切力的數(shù)值按94189.5N輸入(由實(shí)測(cè)得出)，而經(jīng)過(guò)曲柄連桿系統(tǒng)及曲軸折算出的P1x、P1y、P2、P3的值如下：
機(jī)架的第一主應(yīng)力基本上都為拉應(yīng)力，即e1>0，只有在機(jī)架底座上幾處出現(xiàn)第一主應(yīng)力為負(fù)(e1<0)的地方，即為壓應(yīng)力，但其值非常小，最大值為6.093MPa，如圖，第一主應(yīng)力的具體分布規(guī)律如下：
(1)立柱上第一主應(yīng)力分布規(guī)律 立柱右側(cè)第一主應(yīng)力沿y軸正方向逐漸減小，機(jī)架與凸臺(tái)連接處附近，第一主應(yīng)力又有所增加，但最大的第一主應(yīng)力出現(xiàn)在立柱與底座的相交處，其值為63.326MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大壓應(yīng)力的值6.093MPa，對(duì)于鑄鐵這樣的材質(zhì)是非常不利的；沿立柱的左側(cè)第一主應(yīng)力的值基本上不變，只是在立柱與底座的相交處出現(xiàn)了壓應(yīng)力。
(2)頂蓋上的第一主應(yīng)力分布規(guī)律 頂蓋上受力既有拉應(yīng)力，也有壓應(yīng)力，但其數(shù)值都是比較小的，處于相對(duì)安全情況。
(3)底座上的第一主應(yīng)力分布規(guī)律 底座上的受力既有拉應(yīng)力，也有壓應(yīng)力，而且在與立柱相交處的應(yīng)力值較大，該處比較危險(xiǎn)，但其值仍小于立柱上最大受力處的值。
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