某液壓破碎機動臂部件的有限元力學(xué)特性分析畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題 目： 某液壓破碎機動臂部件的有限元力學(xué)特性分析 </p><p>　　學(xué) 院： 機械工程學(xué)院

2、 </p><p>　　專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 </p><p>　　班 級： 學(xué) 號： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p

3、><p>　　導(dǎo)師姓名： </p><p>　　完成日期： 2014年6月6日 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　題目： 液壓破碎機動臂部件有限元結(jié)構(gòu)分析

4、 </p><p>　　姓名學(xué)院 機械工程 專業(yè) 機械設(shè)計制造及自動化 班級 機設(shè)學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)老師 職稱 副教授 教研室主任 &l

5、t;/p><p><b>　　基本任務(wù)及要求：</b></p><p>　　1. 查閱破碎機結(jié)構(gòu)分析文獻15篇以上，分析破碎機結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和常用方法，寫出文獻綜述。 </p><p>　　2. 建立破碎機動臂的三維實體模型。

6、 </p><p>　　3. 對動臂進行有限元模態(tài)分析、靜力學(xué)分析和疲勞分析。 </p><p>　　4. 撰寫畢業(yè)論文，字?jǐn)?shù)15000以上。

7、 </p><p>　　進度安排及完成時間：</p><p>　　1．2014年1月 ，指導(dǎo)老師布置設(shè)計課題，交代具體任務(wù)； </p><p>　　2．3月1日～3月25日，查閱資料，

8、撰寫開題報告和文獻綜述； </p><p>　　3. 3月26日～4月12日，運用UG軟件的三維建模功能，完成某液壓破碎機的三維建模和裝配； </p><p>　　4．4月13日～5月9日，完成動臂的靜力分析和疲勞分析，作出結(jié)果分析，提出改進意見； &l

9、t;/p><p>　　5．5月10日～5月20日，完成動臂的模態(tài)分析，作出結(jié)果分析，提出改進意見； </p><p>　　6．5月21日～6月6日，撰寫設(shè)計說明書，按導(dǎo)師修改意見修改論文，資料收集存檔，準(zhǔn)備答辯；

10、 </p><p>　　7. 6月7日，答辯。 </p><p>　　液壓破碎機動臂部件的有限元力學(xué)特性分析</p><p>　　摘要：基于UG建立液壓破碎機三維實體模型，利用UG對液壓破碎機工作裝置進行運動仿真，可進一步優(yōu)化機構(gòu)和提高效率。利用NX NASTRAN對動臂進行靜力學(xué)分析，疲勞分析，模態(tài)分析。得到動

11、臂的固有頻率、振型、應(yīng)力、應(yīng)變和位移等參數(shù)值。證明了結(jié)構(gòu)合理，表明了滿足設(shè)計要求，并給出了動臂部件的機構(gòu)優(yōu)化方案，為液壓破碎機的開發(fā)和優(yōu)化提供了參考數(shù)據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓破碎機；動臂；UG；有限元</p><p>　　Hydraulic breaker motorized arm components of the finite element analysis of m

12、echanical properties</p><p>　　Abstract: The solid model Hydraulic breaker are built based on UG .The thesis uses UG to simulation to the Hydraulic breaker work installment. It can improve the design efficien

13、cy and an optimization structure. A finite element statics, fatigue and modal analysis was completed . NX NASTRAN were applied to the analysis of the movable arm. The analysis results natural vibration frequencies and vi

14、bration mode ,stress ,strain ,and displacement were obtained by using NX NASTRAN. The proved that the a</p><p>　　Key words: Hydraulic breaker; Movable arm; UG; FMA</p><p><b>　　第一章 緒論</

15、b></p><p>　　1.1 本課題研究的背景和意義</p><p>　　隨著2014年全國兩會召開以及新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃的出臺，第十二屆全國人民代表大會第二次會議批準(zhǔn)2014年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃, 使國家的基礎(chǔ)建設(shè)能有效的快速增長。其中由于破碎機在礦山開采、冶金、鐵路、公路、市政園林、建筑、船舶等場合上的應(yīng)用廣泛，尤其是國家加大對中西部的基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，帶動破碎機的需求。對中國

16、發(fā)展影響最大的是水泥行業(yè)、鋪路和礦山兩個應(yīng)用領(lǐng)域，這兩個行業(yè)的破碎機各約占整個行業(yè)的30%左右。破碎機對國家經(jīng)濟發(fā)展建設(shè)中顯示出重要作用。</p><p>　　液壓破碎錘，又叫做液壓破碎器或液壓碎石器（hydraulic breaker），日本、韓國多用此術(shù)語。也有稱之為液壓錘（hydraulic hammer），芬蘭、德國的公司多用此術(shù)語。中國的廠商與用戶，有稱之為液壓破碎機的，也有稱之為液

17、壓鎬、液壓炮、破碎頭等等，國家標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語稱之為液壓沖擊破碎器。液壓破碎錘一種將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械沖擊能的破碎機具，它主要以挖掘機、裝載機等液壓機械為承載設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于城建、采礦、冶煉、交通、水電等工程施工。液壓破碎錘的動力來源是挖掘機、裝載機或泵站提供的壓力油，它能在挖掘建筑物基礎(chǔ)的作用中更有效地清理浮動的石塊和巖石縫隙中的泥土，提高工作效率。</p><p>　　液壓破碎機的工作裝置中，動臂部件是主要的承載部

18、件，其結(jié)構(gòu)強度直接影響到破碎機的使用壽命和工作性能，設(shè)計時通常有多種方案備選，通過有限元分析軟件對動臂部件進行力學(xué)特性分析，才能夠快速準(zhǔn)確地選擇較好的方案，提高產(chǎn)品的市場競爭力，這也是企業(yè)所需的競爭力。同時也帶動了國家的經(jīng)濟發(fā)展建設(shè)進程。</p><p>　　圖1.1 正在進行破碎作業(yè)的液壓破碎機</p><p>　　1.2 破碎機技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　1

19、.2.1 國外破碎機技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　從上世紀(jì)六十年代德國克虜伯公司生產(chǎn)出第一臺液壓破碎機以來，經(jīng)過五十多年來的研究發(fā)展，逐步形成一個巨大的產(chǎn)業(yè)。全球范圍來講，液壓破碎機的主要生產(chǎn)廠家有60多家，按產(chǎn)地可分為韓系、歐美系、日系和國產(chǎn)。其中韓國發(fā)展極為迅速以GB（工兵）、SB（山水）、KOMAC（工馬）、SC（廣林）、KOORY（高力）、DEMO（大模）、S.J（世進）等許多知名品牌。而德國資深企

20、業(yè)克虜伯則從第一臺液壓破碎機經(jīng)歷幾十年的技術(shù)革新，細(xì)節(jié)和技術(shù)都是全球一流水平。日本的古河、芬蘭的rammer也是液壓破碎機行業(yè)的領(lǐng)先者。液壓破碎機從最初功能單一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的形式發(fā)展到現(xiàn)在的產(chǎn)品多樣化、功能多樣化。具體可以歸納為以下幾個方面的新發(fā)展：（1）液壓破碎機的結(jié)構(gòu)形式多樣化。（2）產(chǎn)品系列化。（3）功能多樣化、結(jié)構(gòu)柔性化。（4）智能化。（5）便捷的售后服務(wù)。國外液壓破碎機在根據(jù)市場需求不斷的研究開發(fā)，清楚認(rèn)識到任何產(chǎn)品生產(chǎn)出來后，

21、最終都要走向市場，經(jīng)受市場的嚴(yán)格檢驗。從而獲得良好的發(fā)展。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)破碎機技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　國內(nèi)液壓破碎機的發(fā)展現(xiàn)狀起，從上個世紀(jì)八十年代初至今，國內(nèi)參與了液壓破碎機產(chǎn)品的研制開發(fā)有許多單位?？蒲袉挝挥虚L沙礦山研究院、北京科技大學(xué)、中南工大等。制造廠有驚天液壓機械制造有限公司、張家港市力特機械有限公司、煙臺艾迪精密機械有限公司、湖南山河智能機械

22、股份有限公司、長治液壓有限公司、浙江創(chuàng)路機械有限公司、溫州市森泰環(huán)保設(shè)備有限公司等單位。但時至為止，不完全統(tǒng)計，許多企業(yè)由于種種原因，已經(jīng)逐漸停止或減少生產(chǎn)液壓破碎機，更有些企業(yè)已經(jīng)消聲滅跡了。只有長治液壓有限公司還在堅持生產(chǎn)液壓破碎機，沈陽風(fēng)動工具廠與日本古河公司生產(chǎn)（日本古河)系列液壓破碎機，馬鞍山驚天公司、湖南山河在21世紀(jì)初開始生產(chǎn)自己商標(biāo)的液壓破碎機，但規(guī)模仍然較小。上述這些液壓破碎機制造企業(yè)除長治液壓有限公司以為其他的都是2

23、1世紀(jì)才成立的新企業(yè)，張家港市貝力特機械有限公司成立只有短短幾年，但發(fā)展迅速。目前該行業(yè)國內(nèi)情況是：（1）市場處于快速成長期。（2）國產(chǎn)品牌眾多，市場競爭無序。（3）國產(chǎn)品牌初步形成，未來品牌集中度將快速提高。由于我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，對液壓破碎機需求大大增加。是的國內(nèi)液壓破碎機銷量也快速增長，同時液壓破碎機</p><p>　　1.2.2國內(nèi)液壓破碎機與國外的差異與不足</p><p>　　

24、國內(nèi)具有生產(chǎn)液壓破碎機能力的品牌企業(yè)為數(shù)不多，而且能獨立自主研發(fā)的更是少之又少，基本都靠引進國外技術(shù)。剩余企業(yè)不是進口就是組裝生產(chǎn)銷售，或直接銷售。使中國出現(xiàn)了關(guān)于液壓破碎機的企業(yè)，包括液壓破碎機整機制造企業(yè)、液壓破碎機零部件制造企業(yè)、液壓破碎機維修企業(yè)、液壓破碎機銷售企業(yè)。雖然液壓破碎機相關(guān)的企業(yè)在中國不斷的涌現(xiàn)和發(fā)展，但是同時也暴露出了我國液壓破碎機所面臨的問題,具體有以下幾個問題：（1）國內(nèi)整機生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)規(guī)模不大。（2）核心部

25、件的加工能力不足。（3）產(chǎn)品研發(fā)能力不足。其中研發(fā)工作主要有以下4個研究方向：（1）產(chǎn)品理論分析研究。（2）加工工藝的研究。（3）材料與熱處理研究。（4）檢測試驗研究。國外在歐洲和北美等國對于檢測試驗研究中的噪聲和振動水平已經(jīng)是產(chǎn)品的重要性能指標(biāo)，可在國內(nèi)并沒有引起重視。</p><p>　　“十一五”期間,中國工業(yè)的年產(chǎn)值突破10萬億元,工業(yè)的增加值在全球制造業(yè)中的比重已經(jīng)超過14%。中國制造業(yè)也已經(jīng)首次超過日

26、本,成為僅次于美國的全球第二大工業(yè)制造國。但是通過目前國際上挖掘機配錘率比較，其中日本挖掘機配錘率為60％~75％左右，韓國為53％~60％，而目前中國只有10％~15％的挖掘機配有破碎錘。據(jù)破碎錘專業(yè)人士分析，預(yù)測稱中國的比例應(yīng)該在30%~40%之間，未來的破碎錘市場容量還將有15~25%的增長空間，通過以上數(shù)據(jù)可知制造液壓破碎機的能力逐漸增強，但普及使用率還有待時日。就國內(nèi)的液壓破碎機制造商而言，發(fā)展前景很好，但要迎接挑戰(zhàn)。隨著國內(nèi)

27、液壓破碎機使用率增加，各種破碎機的應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，用戶對液壓破碎機的認(rèn)識更加專業(yè)，對市場更加了解，對制造商也提出了更高的要求，所以液壓破碎機制造商在品牌實力、產(chǎn)品質(zhì)量和售后服務(wù)等方面需進行進一步的提升。　　隨著液壓破碎機市場的成熟、國家的管理和重視，市場逐漸整合，國內(nèi)液壓破碎機市場混亂的局面將會漸漸改變，對液壓破碎機制造有有實力的制造商將會占據(jù)主導(dǎo)地位，通過創(chuàng)新、銷售、提供高質(zhì)量服務(wù)、專業(yè)化的產(chǎn)品。國內(nèi)市場也會向日、韓、歐美這樣的成&

28、lt;/p><p>　　1.3 液壓破碎機的簡介</p><p>　　1.3.1 液壓破碎機的基本類型及主要特點</p><p>　　液壓破碎錘，亦稱破碎器、液壓破碎器 。破碎錘的動力來源是挖掘機或裝載機的泵站提供的壓力油，它能在挖掘建筑物基礎(chǔ)的作用中更有效地清理浮動的石塊和巖石縫隙中的泥土。破碎錘的結(jié)構(gòu)，主要包括閥門、氮氣室、油缸、活塞下部主體、釬桿等部分。破碎錘的沖

29、擊能量的來源的還是由以下3種方式提供：第1種由液壓油提供，例如Rammer和Montabert；第二種由氣壓提供，例如日本的破碎錘；第3種效果最好，由液壓、氣壓混合提供，一般液壓占25%，氣壓占75%，如阿特拉斯·科普柯公司設(shè)計、生產(chǎn)的破碎錘。但所有的破碎錘活塞復(fù)位的完全由液壓提供。通過液壓缸的伸縮來達(dá)到不同的工況要求進行作業(yè)。有噪音小，工況條件好、錘擊力強，作業(yè)效率高、反沖力小、適用于各種苛刻工況等優(yōu)點。</p>

30、<p>　　1.3.2液壓破碎機的工作原理</p><p>　　液壓破碎機通過調(diào)節(jié)液壓缸來控制液壓破碎錘的位姿來達(dá)到不同的工況，而液壓錘是一種特殊的液壓機具，它將控制閥、執(zhí)行器、蓄能器等液壓元件集于一身，控制閥與執(zhí)行器相互反饋控制，自動完成活塞的往復(fù)運動，將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為活塞的沖擊能。</p><p>　　目前市場上的液壓錘的活塞回程運動都是液壓作用力完成的，而活塞的沖程

31、運動，則可根據(jù)沖程時作用力的來源不同將液壓錘分為氮爆錘、全液錘與氣液錘三種類型。其工作時通過閥門系統(tǒng)接受挖掘機液壓動力，推動活塞向破碎器尾部運動，同時壓縮氮氣室中的氮氣，積蓄能量。當(dāng)活塞運動到尾部規(guī)定位置時，閥門調(diào)整液壓方向，推動活塞反向運動，同時氮氣膨脹一同推動活塞向下運動，撞擊釬桿，將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械沖擊從而能實現(xiàn)破碎功能。</p><p>　　1.4 固定式液壓破碎機的基本結(jié)構(gòu)</p><

32、;p>　　固定式液壓破碎機整機的基本結(jié)構(gòu)如圖1.1所示：</p><p>　　圖1.1 液壓破碎機整機結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　GTP固定式破碎機主要由工作裝置（圖中的4、5、6、7、8、9）、回轉(zhuǎn)機構(gòu)（圖中的10）、液壓泵站（圖中的1、2）、操作駕駛室（圖中的3）和電氣系統(tǒng)幾部分組成[8]。各主要部分的名稱如下：</p><p>　　1. 油泵電機組 2

33、. 油箱總成 3. 操作駕駛室 4. 動臂 5. 斗桿油缸 6. 斗桿 </p><p>　　7. 轉(zhuǎn)錘油缸 8. GT60液壓破碎錘 9. 動臂油缸 10. 回轉(zhuǎn)平臺及底座</p><p>　　1.5 本論文設(shè)計內(nèi)容及任務(wù)概述</p><p>　　本文是對液壓破碎機動臂部件進行有限元力學(xué)特性分析，根據(jù)液壓破碎機工作裝置的結(jié)構(gòu)特點和實際工作情況，對液

34、壓破碎機進行運動仿真從而分析其運動和動力特性，確定液壓破碎機動臂部件危險工況。并應(yīng)用UG有限元分析軟件對動臂進行靜力學(xué)分析、模態(tài)分析、疲勞分析。根據(jù)分析結(jié)果進行優(yōu)化和改進。</p><p><b>　　任務(wù)概述</b></p><p>　　1）完成調(diào)研，檢索文獻，對國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀有足夠的認(rèn)識。</p><p>　　2）基于各種認(rèn)識的基

35、礎(chǔ)上,了解本課題需要解決的問題。</p><p>　　4）使用UG軟件的三維建模功能完成某液壓破碎機的三維建模和裝配</p><p>　　5）有限元分析軟件NX Nastran對動臂進行靜力學(xué)分析并對其結(jié)果分析</p><p>　　6）有限元分析軟件NX Nastran對動臂進行疲勞分析并對其結(jié)果分析</p><p>　　7）有限元分析軟件N

36、X Nastran對動臂進行模態(tài)分析并對其結(jié)果分析</p><p>　　8）根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)與結(jié)果，整理得出結(jié)論。</p><p>　　第二章 三維模型的建立與運動仿真</p><p>　　2.1 UG三維軟件的簡介</p><p>　　UG是Siemens PLM Software公司出品的集 CAD/CAM/CAE 于一體的三維 

37、參數(shù)化設(shè)計軟件,在汽車、交通、航空航天、日用消費品、通用機械及電子工業(yè)等工程設(shè)計領(lǐng)域得到了大規(guī)模的應(yīng)用。UG針對用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計的需求，提供了經(jīng)過實踐驗證的解決方案。UG具有三個設(shè)計層次，即結(jié)構(gòu)設(shè)計、子系統(tǒng)設(shè)計和組件設(shè)計。</p><p>　　該軟件具有以下特點：</p><p>　　l）具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，真正實現(xiàn)了CAD/CAE/CAM等各模塊之間的無數(shù)據(jù)交換的自由切換，可實

38、施并行工程。</p><p>　　2）采用復(fù)合建模技術(shù)，可將實體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模融為一體。</p><p>　　3）用基于特征的建模和編輯方法作為實體造型基礎(chǔ)，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設(shè)計辦法，并能用參數(shù)驅(qū)動。</p><p>　　4）以Parasolid為實體建模核心，實體造型功能處于領(lǐng)先地位。目前著名CAD/CAE/CAM軟

39、件均以此作為實體造型基礎(chǔ)。</p><p>　　5）提供了界面良好的二次開發(fā)工具GRIP和UFUNC，并能通過高級語言接口，使UG的圖形功能與高級語言的計算功能緊密結(jié)合起來。</p><p>　　6）具有良好的用戶介面，絕大多數(shù)功能都可通過圖標(biāo)實現(xiàn)；進行對象操作時，具有自動推理功能；同時，在每個操作步驟中，都有相應(yīng)的提示信息，便于用戶做出正確的選擇。</p><p>

40、;　　所以本文選用UG軟件進行三維建模。根據(jù)某液壓破碎機的數(shù)據(jù)和設(shè)計圖紙，利用UG軟件的三維建模功能對整機進行建模并裝配，包括動臂部件、斗杠部件、液壓缸、活塞桿、底座、破碎錘、連桿機構(gòu)等。建模時對不會影響結(jié)果的特征進行去除。模型里的焊縫處按連續(xù)處理。</p><p>　　2.2 動臂三維模型的建立</p><p>　　液壓破碎機工作裝置里動臂部件和動臂液壓缸與回轉(zhuǎn)平臺上的底座用銷軸鉸接，動

41、臂液壓缸的控制工作裝置。液壓破碎機中其他工作裝置如破碎錘、連桿機構(gòu)、斗桿部件與液壓缸都是使用銷軸鉸接。</p><p>　　動臂是液壓破碎機工作裝置中的主要部件，其機構(gòu)有整體式和組合式兩種。整體式動臂。其整體式動臂的有點事結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕而剛度大。其缺點是更換的工作裝置少，通用性交叉。整體式動臂又可以分為直動臂和彎動臂中直動臂結(jié)構(gòu)簡單。質(zhì)量輕、制造方便，不適用于通用破碎機機。整體式動臂通常使用彎曲梁結(jié)構(gòu)，使用厚鋼

42、板Q345材料的上下接板和左右側(cè)板對接焊縫焊接而成。而組合式動臂由輔助連桿或液壓缸或螺栓鏈接而成?？梢愿鶕?jù)作業(yè)條件隨意調(diào)整作業(yè)尺寸，且調(diào)整時間短，此外，它的互換工作裝置多，可以滿足各種作業(yè)的需要。裝車運輸方便。所以本文選用組合式彎動臂。</p><p>　　組合式動臂由整承架、中間板、前臂組成。對其分別建模并裝配可得動臂部件。</p><p>　　2.2.1整承架的建模</p>

43、<p>　　整承架由支撐架與后置板組成，支撐架由連接管、前置板、加厚板組成建模， 如圖2.1連接管的建模，圖2.2前置板的建模，圖2.3加厚板的建模，圖2.4后置板的建模圖2.5支撐架的裝配，圖2.5整承架的裝配。</p><p>　　圖2.1連接管的建模 圖2.2前置板的建模 圖2.3加厚板的建模</p><p>　　圖2.4后

44、置板的建模 圖2.5支撐架的裝配</p><p>　　圖2.5整承架的裝配</p><p>　　2.2.2 中間板的建模</p><p>　　中間板由支撐板、耳板、中間板組成。如圖2.6耳板的建模，圖2.7連接管的建模，圖2.8支撐板的建模，圖2.9中間板的建模，圖2.10中間板的裝配。</p>

45、<p>　　圖2.6耳板的建模 圖2.7連接管的建模</p><p>　　圖2.8支撐板的建模 圖2.9中間板的建模</p><p>　　圖2.10中間板的裝配</p><p>　　2.2.3前臂的建模</p><p>

46、;　　前臂對動臂是用于力的傳遞功能，主要由前板和前支架組成。而前支架是由兩前支架的前板和前支架組成的，如圖2.11前板的建模，圖2.12前板1的建模，圖2.13前板2的建模，圖2.14前支架的建模，圖2.15前支架的裝配，圖2.16前臂的裝配。</p><p>　　圖2.11前板的建模</p><p>　　圖2.12前板1的建模 圖2.13前板2的建模&l

47、t;/p><p>　　圖2.14前支架的建模 圖2.15前支架的裝配</p><p>　　圖2.16前臂的裝配</p><p>　　2.2.4 動臂的裝配體 </p><p>　　將整承架、中間板、前臂裝配組成動臂部件，如圖2.17動臂部件。</p><p>　　圖2.17 動臂部件裝配&l

48、t;/p><p>　　2. 3斗桿三維模型的建立</p><p>　　斗桿部件一般用箱形斷面的變直梁結(jié)構(gòu)，能夠承受較大的側(cè)向彎矩。它主要由前板、前支架、前加強板、下頂蓋、加強板、后板和耳板組成。分別對其建模并裝配組成斗桿部件如圖2.18斗桿部件。</p><p><b>　　圖2.18斗桿部件</b></p><p>　　2

49、.4其他零部件三維模型的建立</p><p>　　液壓固定式破碎機除了操作室、固定裝置、動臂和斗桿以外，還有其他很重要的組成部分，主要包括底座、液壓缸、液壓油桿、連桿、安裝板、破碎錘等。其中底座部分可以根據(jù)實際情況的需要選擇是掛式還是坐式；液壓油桿是主要的動力傳輸裝置；連接部分是用來連接斗桿與液壓破碎錘的；而破碎錘是直接與被破碎物相接觸的零件，根據(jù)錘型進行建模。</p><p>　　2.4

50、.1液壓缸等其他部件的建模 </p><p>　　根據(jù)PC系列挖掘機油缸中性能參數(shù)及連接形式，與GT6O破碎錘等部件參數(shù)進行三維建模，如圖2.19液壓缸建模、圖2.20底座的建模、圖2.21破碎錘的建模、圖2.22連桿機構(gòu)的建模。</p><p>　　圖2.19 液壓缸的建模</p><p>　　圖2.20底座的簡化模型</p><p>　　

51、圖2.21 GT60破碎錘的建模 圖2.22 連桿機構(gòu)</p><p>　　2.5整機裝配與運動仿真</p><p>　　將以上各個部件裝配組成液壓破碎機，在各部件的鉸接點處匹配裝配，各部件裝配體如圖2.23所示液壓破碎機總裝配體。</p><p>　　圖2.23 液壓破碎機總裝配體</p>&l

52、t;p>　　進入運動仿真環(huán)境，新建運動仿真。選擇類型為動力學(xué)，單擊確定。選擇底座為固定連桿LOO1，其他部件依次設(shè)置成不固定連桿。對于本文參考約束關(guān)系，采用旋轉(zhuǎn)副、滑動副、固定副，施加在各部件之間的約束情況如表2-1所示</p><p>　　表2-1約束使用情況表</p><p>　　添加了符合實際情況的運動副可以對其進行運動仿真分析了，液壓破碎機的動力來自動臂油缸、斗杠油缸和轉(zhuǎn)錘油

53、缸產(chǎn)生的液壓驅(qū)動力提供的，通過調(diào)節(jié)液壓缸來控制液壓破碎機的工作。UG中將實際運動函數(shù)模型轉(zhuǎn)換為UG運動仿真中的階躍STEP運動控制函數(shù)，從而控制機構(gòu)的運動規(guī)律。</p><p>　　STEP函數(shù)格式如下：</p><p>　　STEP (x, x0, h0, x1, h1) 其中，x ―自變量，可以是時間或時間的任一函數(shù) x0 ―自變量的STEP函數(shù)開始值，可以是常數(shù)或函數(shù)表

54、達(dá)式或設(shè)計變量； x1 ―自變量的STEP函數(shù)結(jié)束值，可以是常數(shù)、函數(shù)表達(dá)式或設(shè)計變量 h0 ― STEP函數(shù)的初始值，可以是常數(shù)、設(shè)計變量或其它函數(shù)表達(dá)式 h1 ― STEP函數(shù)的最終值，可以是常數(shù)、設(shè)計變量或其它函數(shù)表達(dá)式</p><p>　　因為液壓破碎機工作尺寸只涉及到平面，不考慮液壓破碎機的回轉(zhuǎn)動作，依據(jù)各油缸的理論行程、仿真過程避免發(fā)生干涉及獲得工作范圍原則將三個液

55、壓缸驅(qū)動函數(shù)設(shè)置如下：</p><p>　　動臂油缸STEP函數(shù)設(shè)置：</p><p>　　STEP(time,5,0,10,-200)+STEP(time,20,0,30,850)+STEP(time,40,0,50,-850)+STEP(time,55,0, 60,200)</p><p>　　斗桿油缸STEP函數(shù)設(shè)置：</p><p>

56、　　STEP(time,5,0,10,800)+STEP(time,30,0,35,-550)+STEP(time,35,0,40,550)+STEP(time,55,0, 60,-800)</p><p>　　轉(zhuǎn)錘油缸STEP函數(shù)設(shè)置：</p><p>　　STEP(time,5,0,10,250)+STEP(time,55,0,60,-250)</p><p>

57、　　將STEP函數(shù)分別添加到油缸的滑動副驅(qū)動中，分別設(shè)置好動臂油缸、斗桿油缸和轉(zhuǎn)錘油缸的STEP函數(shù)，STEP函數(shù)曲線圖如圖2.24、圖2.25、圖2.26所示。</p><p>　　圖2.24動臂油缸STEP曲線圖</p><p>　　圖2.25斗桿油缸STEP曲線圖</p><p>　　圖2.26轉(zhuǎn)錘油缸STEP曲線圖</p><p>　

58、　由圖2.24、圖2.25、圖2.26可知，首先調(diào)整動臂油缸全伸，斗桿油缸與轉(zhuǎn)錘油缸全縮，使破碎錘達(dá)到最高點，接著調(diào)整動臂油缸全縮，斗桿油缸伸至使破碎錘達(dá)到最低點。最后調(diào)整動臂油缸、斗桿油缸、轉(zhuǎn)錘油缸使液壓破碎機回到原位。</p><p>　　在UG的運動仿真模塊對其進行求解運算。仿真結(jié)束后，可在動畫中觀看仿真結(jié)果。利用UG仿真模塊中的作圖功能選取破碎錘為對象，定義Y軸為破碎錘Y方向的位移，定義X軸為破碎錘X方向

59、的位移。生成圖2.27為液壓破碎機在XY平面內(nèi)工作范圍軌跡。</p><p>　　圖2.27 XY平面最大工作范圍運動仿真軌跡圖</p><p>　　根據(jù)液壓破碎機工作范圍軌跡圖，研究其工作區(qū)域，分析可得到破碎錘最遠(yuǎn)工作位置，破碎錘最低工作位置與最高工作位置等極限工作尺寸，現(xiàn)對其液壓破碎錘位于離回轉(zhuǎn)平臺最遠(yuǎn)位置并垂直工作下的工況進行運動仿真。為了模擬實際工作狀態(tài)加入回轉(zhuǎn)動作。添加簡化回轉(zhuǎn)裝

60、置，并將其在UG運動仿真模塊中設(shè)置為固定連桿。將底座與回轉(zhuǎn)裝置設(shè)置為旋轉(zhuǎn)副。</p><p>　　根據(jù)其工況將液壓缸驅(qū)動函數(shù)設(shè)置如下：</p><p>　　動臂油缸STEP函數(shù)設(shè)置：</p><p>　　STEP(time,5,0,10,300)+STEP(time,15,0,30,-300)</p><p>　　斗桿油缸STEP函數(shù)設(shè)置：&

61、lt;/p><p>　　STEP(time,5,0,9,700)+STEP(time,20,0,30,-700)</p><p>　　轉(zhuǎn)錘油缸STEP函數(shù)設(shè)置：</p><p>　　STEP( time,5,0,10,-240)+STEP(time,20,0,25,240)</p><p>　　回轉(zhuǎn)裝置STEP函數(shù)設(shè)置：</p>&

62、lt;p>　　STEP( time,0,0,5,50)+STEP(time,30,0,35,-50)</p><p>　　將STEP函數(shù)分別添加到油缸的滑動副驅(qū)動中，STEP函數(shù)曲線圖如圖2.28、圖2.29、圖2.30、圖2.31所示。</p><p>　　圖2.28動臂油缸STEP函數(shù)曲線圖</p><p>　　圖2.29斗桿油缸STEP函數(shù)曲線圖<

63、/p><p>　　圖2.30轉(zhuǎn)錘油缸STEP函數(shù)曲線圖</p><p>　　圖2.31回轉(zhuǎn)臺STEP函數(shù)曲線圖</p><p>　　由圖2.28、圖2.29、圖2.30、圖2.31可知，首先使回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)，再調(diào)整動臂油缸和斗桿油缸且斗桿油缸全縮，使破碎錘達(dá)到最遠(yuǎn)，接著調(diào)整轉(zhuǎn)錘油缸使破碎錘垂直工作，。最后調(diào)整動臂油缸、斗桿油缸、轉(zhuǎn)錘油缸、回到裝置使液壓破碎機回到原位。將其工

64、況下的STEP函數(shù)和受力輸入滑動副中并求解?？稍趧赢嬛杏^看仿真結(jié)果了解其工作過程。經(jīng)過液壓破碎機的運動仿真作鉸點處旋轉(zhuǎn)副受力曲線，動臂與斗桿鉸接點處的受力曲線如圖2.32，動臂與動臂油缸鉸點處受力曲線圖2.33，動臂與斗桿油缸鉸點處受力曲線圖2.34。</p><p>　　圖2.32動臂與斗桿鉸接點處的受力曲線</p><p>　　圖2.33動臂與動臂油缸鉸接點處的受力曲線</p&g

65、t;<p>　　圖2.34動臂與動臂油缸鉸接點處的受力曲線</p><p>　　由以上幾個主要鉸點的受力曲線可知，5s到15s這時間段中，各個鉸點的受力情況變化顯著，說明動臂在此時間段內(nèi)受力逐漸增大之后減小，由受力曲線圖可知，動臂與斗桿鉸點處最大受力為N,動臂與斗桿油缸鉸點處最大受力為N，動臂與動臂油缸鉸點處最大受力為N。該組曲線顯示了液壓破碎機最遠(yuǎn)工況時的受力情況，也為之后的有限元分析提供了依據(jù)。

66、</p><p>　　2.6三維模型的建立與運動仿真小結(jié)</p><p>　　本章利用UG對液壓破碎機進行三維建模并裝配，通過UG的運動仿真模塊，添加運動副與驅(qū)動建立液壓破碎機的運動仿真，根據(jù)各個液壓缸的行程和工作時間，合理設(shè)置液壓缸的驅(qū)動函數(shù)，研究液壓破碎機的工作區(qū)域，對其工作裝置工作范圍的運動軌跡進行仿真繪制，分析可得到破碎錘最遠(yuǎn)工作位置，破碎錘最低工作位置與最高工作位置等極限工作尺寸

67、的仿真值，并按最遠(yuǎn)工況分析其受力情況，展現(xiàn)了液壓破碎機工作保證其運動無干涉，為了接下來的有限元分析提供了依據(jù)和驗證其設(shè)計的合理性。</p><p>　　第三章 動臂的有限元分析 </p><p>　　3.1 有限元分析的簡介</p><p>　　3.1.1 有限元分析的概念</p><p>　　有限元法是一種高效能、常用的計算方法。有限元法

68、在早期是以變分原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，所以它廣泛地應(yīng)用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各類物理場中?；舅枷胧怯山饨o定的泊松方程化為求解泛函的極值問題。</p><p>　　有限元分析的原理是將連續(xù)的求解域離散為一組單元的組合體，用在每個單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片的表示求解域上待求的未知場函數(shù)，近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在單元各節(jié)點的數(shù)值插值函數(shù)來表達(dá)。從而使一個連續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題

69、。</p><p>　　將有限元法引入產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)設(shè)計是CAE的重要組成部分。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計流程與現(xiàn)代設(shè)計中采用CAE技術(shù)后的設(shè)計流程對比可知，從產(chǎn)品概念設(shè)計方案對比、樣機測試到加工制造，可以把有限元仿真和優(yōu)化設(shè)計方法貫穿整個產(chǎn)品的全部過程，把傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計方法中的從概念設(shè)計到樣機測試，再返回修改的大循環(huán)過程，演化成平行于每一個設(shè)計環(huán)節(jié)的精確分析及其優(yōu)化，減少了設(shè)計過程中的缺陷和不足，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，大

70、幅縮減了設(shè)計時間.降低了產(chǎn)品研發(fā)成木。</p><p>　　3.1.2 NX Nastran簡介</p><p>　　Nastran，即NASA 結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)，是1966年美國國家航空航天局(NASA)為了滿足當(dāng)時航空航天工業(yè)對結(jié)構(gòu)分析的迫切需求，有多家軟件開發(fā)商參與了結(jié)構(gòu)分析求解器的開發(fā)過程。 NX Nastran適用于需要完成大量流程化分析計算的用戶。它的特點是靈活，可靠并能同大量的其

71、他分析軟件協(xié)同運作，形成統(tǒng)一高效的分析流程，并在整個流程中承擔(dān)核心求解功能。它的數(shù)據(jù)格式可以在絕大多數(shù)的CAE軟件中識別和使用，使得同其他CAE使用者交換數(shù)據(jù)的方式靈活方便，大大減少了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和共享的工作量。</p><p>　　由于UG自帶NX Nastran，使用UG建?？刹恍柁D(zhuǎn)換無縫連接減少模型導(dǎo)入信息丟失,本文選用NX Nastran進行有限元分析。</p><p>　　3.2 動

72、臂的靜態(tài)分析</p><p><b>　　3.21工況選擇</b></p><p>　　液壓破碎機作業(yè)時，通過鉸接處的轉(zhuǎn)動和液壓缸的舉升相互配合進行不同工況的作業(yè)，為了更好分析，本文通過運動仿真選取三種典型工況進行比較。</p><p><b>　　工況一</b></p><p>　　如圖3.1所示

73、動臂位于動臂缸作用力臂最大處，斗桿位于斗桿缸作用力臂最大處。</p><p><b>　　圖3.1工況一</b></p><p><b>　　工況二</b></p><p>　　如圖3.2所示液壓破碎錘位于離回轉(zhuǎn)平臺最遠(yuǎn)位置。</p><p><b>　　圖3.2工況二</b>

74、</p><p><b>　　工況三</b></p><p>　　如圖3.3所示液壓破碎錘位于離回轉(zhuǎn)平臺最低位置。</p><p><b>　　圖3.3工況三</b></p><p>　　計算工況一各鉸點受力</p><p>　　圖3.4工況一各鉸點位置</p>

75、<p>　　如圖3.4工況一各鉸點位置通過對動臂模型的B、D、F鉸點添加力來表達(dá)動臂的受力。B、D、F鉸點受力由液壓破碎錘所產(chǎn)生的最大沖擊力確定。</p><p>　　根據(jù)參考液壓破碎錘型號驚天GT60參數(shù)為：釬桿直徑100mm，釬桿重量57kg，工作量：736-880/kg，工作流量80-110i/min，工作壓力15-17MPa，沖擊頻率6-11Hz。配套挖機斗容0.4-0.6m³，機重

76、11-16t。再由破碎錘活塞上端與液壓油的接觸面積，可求得其液壓破碎錘最大沖擊力</p><p><b>　　F=PS</b></p><p>　　其中， F——破碎錘沖擊力，單位N</p><p>　　P——破碎錘的工作壓力，單位Pa</p><p>　　S——破碎錘活塞上端與液壓油的接觸面積，單位㎡</p>

77、;<p>　　根據(jù)破碎錘型號參數(shù)破碎錘活塞上端與液壓油的接觸面積為0.0031㎡代入相關(guān)的參數(shù)。</p><p>　　F=0.0031×17×=52612.64N</p><p>　　表3-1國內(nèi)幾種反鏟裝置的構(gòu)件近似重量</p><p>　　根據(jù)表3-1與驚天液壓破碎錘GT60配套挖機斗容0.4-0.6m³，機重11-1

78、6t。用插值法求得各構(gòu)件重量動臂G1為7.49KN、斗桿G2為4.35KN、破碎錘G3為7.36KN、斗桿油缸G4為1.27KN、轉(zhuǎn)錘油缸G5為0.84KN、連桿搖桿G6為0.72KN、動臂缸G7為1.97KN。</p><p>　　對F點取矩求鉸點D的受力，測量力臂如圖3.7所示</p><p>　　DNF=1.31m e1=0.85m R2F=0.32m R3F=1.25m

79、 </p><p>　　R5F=0.89m R6F=0.85m </p><p>　　圖3.7工況一斗杠計算參數(shù)示意圖</p><p>　　取斗杠為隔離體，按對鉸點F的力矩平衡方程</p><p><b>　　∑MF=0</b></p><p><b>　　求得</b&g

80、t;</p><p>　　FD=（FDNF-G2×R2F-G3×R3F-G5×R5F-G6×R6F）/e1</p><p>　　即：FD=75.59KN</p><p>　　對C點取矩求鉸點B的受力，測量力臂如圖3.8所示</p><p>　　DNC=6.72m e2=0.76m R1C=2.2

81、3m R2C=5.73m </p><p>　　R3C=6.66m R4C=4.47m R5C=6.29m R6C=6.37m</p><p>　　圖3.8工況一動臂計算參數(shù)示意圖</p><p>　　取動臂為隔離體，按對鉸點C的力矩平衡方程</p><p><b>　　∑MC=O</b></p&

82、gt;<p><b>　　求得</b></p><p>　　FB=（FDNC-G1×R1C-G2×R2C-G3×R3C-G4×R4C-G5×R5C-G6×R6C）/ e2</p><p>　　即：FB=325.46KN</p><p>　　FB與水平方向的夾角為52.82

83、?</p><p><b>　　鉸點F點受力為</b></p><p>　　FFX=-F+FD×=18.2KN</p><p>　　FFY=F+FD×-=-2.45KN</p><p>　　其中為F與水平方向的夾角為90，為FD與水平方向的夾角為8.23</p><p>　　計

84、算工況二各鉸點受力</p><p>　　圖3.9工況二斗杠計算參數(shù)示意圖</p><p>　　對F點取矩求鉸點D的受力，測量力臂如圖3.9所示</p><p>　　DNF=3.24m e1=0.62m R2F=0.59m R3F=3.16m </p><p>　　R5F=1.69m R6F=2.59m </p>

85、;<p>　　取斗杠為隔離體，按對鉸點F的力矩平衡方程</p><p><b>　　∑MF=0</b></p><p><b>　　求得</b></p><p>　　FD=（FDNF-G2×R2F-G3×R3F-G5×R5F-G6×R6F）/e1</p>

86、<p>　　即：FD=227.9KN</p><p>　　對C點取矩求鉸點B的受力，測量力臂如圖3.10所示</p><p>　　DNC=8.56m e2=0.75m R1C=1.95m R2C=5.91m </p><p>　　R3C=8.48m R4C=3.89m R5C=7m R6C=7.9m</p>

87、<p>　　圖3.10工況二動臂計算參數(shù)示意圖</p><p>　　取動臂為隔離體，按對鉸點C的力矩平衡方程</p><p><b>　　∑MC=0</b></p><p><b>　　求得</b></p><p>　　FB=（FDNC-G1×R1C-G2×R2C-G3

88、×R3C-G4×R4C-G5×R5C-G6×R6C）/ e2</p><p>　　即：FB=441.3KN</p><p>　　FB與水平方向的夾角為60.21?</p><p><b>　　鉸點F點受力為</b></p><p>　　FFX=-F+FD×=174KN&l

89、t;/p><p>　　FFY=F+FD×-=10.55KN</p><p>　　其中為F與水平方向的夾角為90，為FD與水平方向的夾角為6</p><p>　　按照上述方法計算工況三鉸點受力并與工況一與工況二比較如表3-2所示</p><p>　　表3-2三種工況受力對比</p><p>　　由表3-2可知工況二

90、斗杠缸全縮，液壓破碎錘位于離回轉(zhuǎn)平臺最遠(yuǎn)位置時受力最大，與運動仿真時的受力曲線圖進行對比分析可知受力基本符合，選取工況二進行靜態(tài)分析。</p><p>　　3.22 動臂的靜態(tài)分析</p><p>　　將破碎機三維模型用UG打開，進入高級仿真環(huán)境，新建FEM和仿真。設(shè)置求解器選用NX NASTRAN，解算方案類型SESTATIC 101-單約束進行靜態(tài)分析。如圖3.11所示。</p&

91、gt;<p>　　圖3.11解算方案類型</p><p>　　對模型定義材料屬性。根據(jù)設(shè)計要求，動臂構(gòu)件選用Q345低合金鋼，具良好的綜合力學(xué)性能，塑性和焊接性良好，沖擊韌性較好。定義單元類型和網(wǎng)絡(luò)類型劃分網(wǎng)格。</p><p>　　使用3D四面體網(wǎng)絡(luò)，單元大小為45mm進行網(wǎng)格劃分，劃分結(jié)果如圖3.12所示。其中網(wǎng)格中的單元數(shù)為58512，網(wǎng)格中的節(jié)點數(shù)為115288。&l

92、t;/p><p>　　圖3.12動臂網(wǎng)格劃分結(jié)果</p><p>　　由液壓破碎機危險工況對動臂施加約束，對于有限元靜力分析，需要限制模型的剛體位移，本文選擇動臂與底座的銷孔C點進行約束，由于動臂的外力對鉸點C的力矩之和為零，而在鉸點C處限制Z方向的旋轉(zhuǎn)自由度對計算結(jié)果無影響，考慮其影響大小，約束不同的銷孔分別進行計算，結(jié)果表明除約束點附近的應(yīng)力大小不同．其余部位的應(yīng)力大小和分布相同，表明約束

93、方式是可行。在NX NASTRAN中對模型底部與底座鉸接的鉸點C點添加對x、y、z三個方向的位移自由度，和x、y兩個方向的旋轉(zhuǎn)自由度進行約束如圖3.13所示。</p><p>　　圖3.13 動臂添加約束</p><p>　　NX NASTRAN中軸承載荷的方向總是垂直于圓柱面或者圓形邊緣的，通過添加軸承載荷來等效各鉸點受力分布情況，對動臂模型B、D、F鉸點添加軸承載荷來表達(dá)動臂的受力。添

94、加效果如圖3.14所示</p><p>　　圖3.14動臂添加軸承載荷</p><p>　　進行模型求解，得到動臂的位移云圖，如圖3.15所示動臂最大位移在動臂與斗桿鉸接處節(jié)點編號為92383上為9mm。</p><p>　　圖3.15動臂位移云圖</p><p>　　動臂的應(yīng)力云圖，如圖3.17所示動臂最大應(yīng)力為177.27MPa。<

95、/p><p>　　圖3.17動臂應(yīng)力云圖</p><p>　　根據(jù)動臂局部應(yīng)力云圖3.18可知最大應(yīng)力在動臂與底座鉸接處單元節(jié)點編號45909上,最大應(yīng)力為177.27MPa,通過查工程手冊，取安全系數(shù)為1.5，所以材料的</p><p>　　許用應(yīng)力為：屈服強度/安全系數(shù)=345/1.5=230MPa＞177.27MPa符合要求。</p><p&g

96、t;　　圖3.18動臂局部應(yīng)力云圖</p><p>　　圖3.19動臂應(yīng)變云圖</p><p>　　根據(jù)動臂應(yīng)變云圖3.19可知最大應(yīng)變?yōu)?.0003mm/mm，切最大應(yīng)變在單元節(jié)點編號45909上與最大應(yīng)力的單元節(jié)點編號一樣可知，應(yīng)力最大應(yīng)變也最大。</p><p><b>　　3.3優(yōu)化分析設(shè)計</b></p><p&g

97、t;　　從以上分析可知最大應(yīng)力在編號45909單元節(jié)點上，最大應(yīng)力為177.27MPa小于Q345的許用應(yīng)力230MPa，現(xiàn)對其質(zhì)量最小化進行優(yōu)化，所以在同樣的載荷和約束等條件下對動臂進一步優(yōu)化。</p><p>　　首先在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，UG軟件菜單欄中的“插入”菜單下單擊“幾何優(yōu)化”來創(chuàng)建幾何優(yōu)化解算方案如圖3.20所示。</p><p>　　圖3.20創(chuàng)建幾何優(yōu)化解算方案</

98、p><p>　　在圖3.21中的解算方案列表選擇要優(yōu)化的解算方案solution1來獲得同樣的載荷和約束等條件，點擊確定后，在“幾何優(yōu)化”對話框進行以下設(shè)置:(1)定義目標(biāo)：動臂的重量設(shè)定為最小化；（2）定義約束：創(chuàng)建約束，設(shè)定應(yīng)力上限為230MPa；（3）定義設(shè)計變量：分別對后置板內(nèi)肋板和前支架內(nèi)肋板的厚度定義為15~20mm。最后最大迭代次數(shù)為10次。</p><p>　　對幾何優(yōu)化進行求

99、解，經(jīng)UG軟件運算，優(yōu)化處理結(jié)果如圖3.21所示，第5個設(shè)計循環(huán)重量最小。如圖3.22所示后置板內(nèi)肋板厚度為16mm左右。如圖3.23所示前支架內(nèi)肋板厚度為15mm左右。</p><p>　　圖3.21動臂重量變化圖</p><p>　　圖3.21后置板內(nèi)肋板厚度變化圖</p><p>　　圖3.22前支架內(nèi)肋板厚度圖</p><p>　　圖

100、3.23優(yōu)化前位移云圖</p><p>　　圖3.24優(yōu)化后位移云圖</p><p>　　圖3.25優(yōu)化前應(yīng)力云圖</p><p>　　圖3.26優(yōu)化后應(yīng)力云圖</p><p>　　由圖3.23~圖3.26可知，優(yōu)化后的位移和應(yīng)力減小，其中優(yōu)化后應(yīng)力為177.13MPa小于Q345的許用應(yīng)力230MPa。說明通過減小后置板和前支架的厚度，可以

101、在小于材料的許用應(yīng)力下減少重量。從而節(jié)約材料，達(dá)到優(yōu)化的目的。</p><p><b>　　3.4靜態(tài)分析小結(jié)</b></p><p>　　通過運用UG軟件建立液壓破碎機的三維實體模型，對其動臂部件在UG有限元分析模塊下進行靜力學(xué)分析可知最大應(yīng)力主要在動臂與底座的鉸接處最大應(yīng)力為177.27MPa，但實際情況中由于外部有其他載荷，所以應(yīng)該避免應(yīng)力集中，可以修改模型使外

102、形圓弧過渡，例如使用倒圓，倒角等。加大接觸面積，勻稱結(jié)構(gòu)變形。本文在靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)上對其進行質(zhì)量最小化的優(yōu)化分析，結(jié)果表明，減小后置板和前支架的厚度后的動臂薄弱部位的應(yīng)力更加合理，質(zhì)量減小從而節(jié)約材料，達(dá)到了優(yōu)化的目的。所以在有限元靜態(tài)分析的仿真結(jié)果為結(jié)構(gòu)分析提供了計算依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進一步對動臂結(jié)構(gòu)尺寸進行優(yōu)化，可以找出設(shè)計中較弱的部位和不合理的部位，降低設(shè)計開放成本，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。</p>

103、<p>　　第四章 動臂的疲勞分析</p><p>　　4.1動臂的疲勞分析</p><p>　　疲勞是產(chǎn)品/零件失效最常見的方式之一。疲勞種類較多.常見的有機械疲勞、腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞和微動疲勞等，其中，機械疲勞包括應(yīng)力疲勞、應(yīng)變疲勞和接觸疲勞3種方式。引起疲勞失效的機理和因素比較復(fù)雜，因此，必須遵循客觀規(guī)律和按照嚴(yán)格的分析程序進行失效分析和疲勞預(yù)測。而近年來發(fā)展的將

104、有限元法和疲勞機理分析相結(jié)合的計算機仿真技術(shù)，無疑為解決實際中的疲勞問題捉供了經(jīng)濟、有效的分析和評判工具。</p><p>　　疲勞壽命是材料在疲勞破壞前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)數(shù)稱為疲勞壽命。結(jié)構(gòu)疲勞分析是一種工具，用于在各種簡單或復(fù)雜加載條件(也稱為疲勞載荷循環(huán))中評估設(shè)計結(jié)構(gòu)的強度或者耐久性。</p><p>　　NX NASTRAN疲勞分析可在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上修改。編輯靜態(tài)分析的解算方案如

105、圖4.1所示勾選單元迭代求解器。</p><p>　　圖4.1編輯解算方案</p><p>　　進行模型求解后，在UG菜單欄的工具欄中點擊“耐久性向?qū)А薄８鶕?jù)對話框提示進行設(shè)置，其中的疲勞強度因子是由疲勞應(yīng)力準(zhǔn)則除以應(yīng)力幅值計算得到，用來估算疲勞強度，預(yù)測結(jié)構(gòu)的任何部分是否會由于周期載荷而被破壞取值一般小于1，此處取0.9。通過耐久性分析對話框輸入疲勞強度因子0.9求解，疲勞分析解算結(jié)束后

106、，其分析結(jié)果包括疲勞壽命、疲勞安全系數(shù)、強度安全系數(shù)3個指標(biāo)。</p><p>　　疲勞分析結(jié)果中，如圖4.2動臂壽命云圖,可看到動臂的低壽命區(qū)域主要集中在動臂底部。</p><p>　　圖4.2疲勞壽命云圖</p><p>　　圖4.3局部疲勞壽命云圖</p><p>　　根據(jù)圖4.3局部疲勞壽命云圖，可知最小壽命在單節(jié)點編號為18074上

107、循環(huán)次數(shù)為次。該型破碎機沖擊頻率為6-11Hz，若以6Hz的頻率在此工況下，每天工作8小時。計算可得該動臂的疲勞壽命為1.43年。</p><p>　　疲勞安全系數(shù)云圖如圖4.4，疲勞安全系數(shù)是指結(jié)構(gòu)所能承受的疲勞極限應(yīng)力與NX NASTRAN結(jié)構(gòu)計算所得應(yīng)力的比值。最小疲勞安全系數(shù)為0.135。疲勞安全系數(shù)大于1的區(qū)域為安全區(qū)域。</p><p>　　圖4.4疲勞安全系數(shù)云圖</p

108、><p>　　由局部疲勞壽命云圖4.3與局部疲勞安全系數(shù)4.5云圖可知疲勞壽命的低壽命區(qū)域疲勞安全系數(shù)的數(shù)值也較低。最小疲勞安全系數(shù)在單節(jié)點編號為35749上為0.135。疲勞安全系數(shù)分析結(jié)果反映了疲勞負(fù)載循環(huán)中所定義的的循環(huán)載荷條件相對應(yīng)的疲勞安全系數(shù)，根據(jù)其最小疲勞安全系數(shù)0.135小于1代表在給定的疲勞載荷周期的反復(fù)作用下最終安全。</p><p>　　圖4.5局部疲勞安全系數(shù)</

109、p><p>　　強度安全系數(shù)是用于衡量零件的總體強度，由應(yīng)力準(zhǔn)則除以某一類型的應(yīng)力值計算得到，結(jié)果如圖4.6所示。最小強度系數(shù)為1.376。</p><p>　　圖4.6強度安全系數(shù)</p><p>　　圖4.7局部強度安全系數(shù)</p><p>　　根據(jù)局部強度安全系數(shù)圖4.7可知，最小強度安全系數(shù)在單元節(jié)點編號16732上為1.376。強度安全

110、系數(shù)大于1的區(qū)域為安全區(qū)域。說明結(jié)構(gòu)不會破壞。</p><p><b>　　4.2疲勞分析小結(jié)</b></p><p>　　利用UG軟件得到動臂的疲勞壽命參數(shù)可方便地知道最大應(yīng)力點，知道最小壽命在單節(jié)點編號為上循環(huán)次數(shù)為次，計算可得該動臂的疲勞壽命為1.43年。此疲勞壽命相對與一般液壓破碎機的壽命較低，說明在此工況下的作業(yè)不利于延長動臂的壽命。所以在條件允許下，盡量少

111、選此工況作業(yè)。選擇合理的作業(yè)方式能有助于延長工作裝置的壽命，減少不必要的疲勞破壞。也可以通過避免動臂單元節(jié)點的應(yīng)力集中來提高疲勞壽命，從而延長液壓破碎機工作裝置的整體壽命。通過疲勞分析預(yù)估動臂的強度和疲勞壽命，有效地降低設(shè)計成本，縮短設(shè)計周期，產(chǎn)生更好的經(jīng)濟效益。</p><p>　　第五章 動臂的模態(tài)分析</p><p>　　5.1動臂的模態(tài)分析</p><p>

112、;　　結(jié)構(gòu)模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的基礎(chǔ)，其實質(zhì)是求解外載荷為零時動力學(xué)方程的特征值，通過求解特征值可以得到多階固有頻率和相應(yīng)的振型。模態(tài)階數(shù)和模態(tài)振型數(shù)相對應(yīng)的，有一個固有頻率就有一個模態(tài)振型與之對應(yīng)。UG模態(tài)分析用于計算和評估結(jié)構(gòu)的固有頻率和自然模態(tài)(振型)計算時不考慮限尼，和外載荷也不相關(guān)，它提供Tracking Method(跟蹤法)、TransformationMethod(變換法)和Lanezos Method(蘭索士法)3