挤压机挤压筒过盈配合接触问题的有限元分析
630t立式冷挤压机有限元分析与改进设计
题目申报表4、为结合学科竞赛；5、模拟仿真；6、其它题目来源－－A.指导教师出题； B.学生自定、自拟任务书任务书开题报告摘要本文主要是通过有限元分析软件ANSYS对630t立式冷挤压机机身进行静态分析，并根据静态分析结果分析应力分布和变形情况，来进行结构优化设计。
在对630t立式冷挤压机机身结构进行受力分析时，将机身底面四个脚采用固定约束方法限制其6个自由度，并在加载区施加均布载荷，然后计算结果，分析机身整体应力云图和垂直Z向整体变形图，找到机身应力集中区和薄弱环节，提出改进方案。
根据计算结果发现，床身整体应力不大，说明强度足够，但是机床垂直方向变形量较大，导致加工精度较差。
所以需要研究如何在降低机床变形量，提高加工精度的条件下，同时减少材料以降低成本。
针对该机身结构存在的问题，本文提出了十种优化方案，并把每个方案分别建模，导入有限元软件ANSYS，分析其强度和刚度，然后分析比较每个方案的计算结果，最终获得最优的改进方案。
该方案不仅可以明显提高机身的刚度，达到了机床加工精度的使用要求，还减轻了床身的质量，降低了生产成本。
关键词 630t冷挤压压力机，有限元，静态分析，改进设计。
AbstractT his article is for 630t Vertical cold extrusion machine body static analysis by finite element analysis software ANSYS and static analysis based on the results of the stress distribution and deformation analysis , to improve , compare and choose the best solution . When cold extrusion machine to 630t Vertical fuselage structure is analyzed, the underside of the fuselage four feet fixed constraint method to limit its six degrees of freedoms, and impose uniform load in the load area, and then calculate the results, analysis Z stress cloud and down to the deformation maps, find body stress concentration zone and weaknesses, to improve the program.According to the results, it was found that the strength parameters is surplus , but the amount of deformation is large, the precision is not enough, so the next step is to ensure the accuracy in the conditions to minimize the material in order to reduce costs. The fuselage structure for the problem, this paper presents an optimization program ten, and the modeling of each program separately, importing finite element software ANSYS, static analysis of its strength and stiffness, and comparative analysis of the results of each program, eventually find the optimal improvement program, not only improves the precision of the body, reaching the machine requirements, but also reduce the mass and reduce the cost.Key words closed press, finite element method, static analysis, improvement designs目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 本课题研究概况 (1)1.2 研究背景和来源 (1)1.3 冷挤压压力机研究现状 (2)1.4 研究目的及意义 (2)1.5 主要研究内容 (4)第二章机身结构的静态分析 (5)2.1 ANSYS软件简介 (5)2.1.1 ANSYS介绍 (5)2.1.2 ANSYS的主要技术特点 (6)2.1.3 ANSYS 有限元求解的基本步骤 (7)2.2 机身简介 (7)2.2.1建立有限元模型 (9)2.2.2单元类型的选择 (9)2.2.3 网格划分 (10)2.2.4 边界条件 (11)2.2.5 材料特性 (12)2.3 计算结果分析 (12)2.3.1 机身的应力应变要求 (12)2.3.2 原始模型整体应力图 (13)2.3.3 原始模型整体变形图..................... 错误！未定义书签。
不同过盈量对零件装配影响的有限元分析
第39卷 第1期 2017-01 【67】收稿日期：2016-09-23作者简介：许军富（1972 -），男，河南人，高级工程师，硕士，主要从事钻修井项目管理以及钻井管理以及钻井自动化 研究。
不同过盈量对零件装配影响的有限元分析Finite element analysis on affect of differentinterference to component assemble许军富XU Jun-fu（中石化胜利石油工程沙特钻井项目管理部，东营 257000）摘 要：装配是机械产品生产过程中一个必不可少的环节，过盈装配时由于存在过盈量而产生的应力对装配好的机构性能有比较大的影响，严重时可能会造成机构的破坏。
为此，应用有限元软件ABAQUS对不同过盈量的装配进行有限元分析，研究不同过盈量对装配的影响，预先掌握装配过程中的薄弱环节，提高产品装配质量，基于此，本文应用有限元技术计算分析提出了较为合理的结构形式。
关键词：零件；过盈量；装配；有限元中图分类号：TH13.46 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2017)01-0067-030 引言过盈配合是机械工业中一种常见的零部件组装方式，齿轮、轴承以及火车车轮等与其装配轴之间的配合大多采用过盈配合。
在工作外载荷作用下，能产生足够的摩擦力，以保证配合件之间不发生任何相对滑动，同时接触应力又不过大，装配件能正常工作。
过盈装配时由于存在过盈量而产生的应力对装配好的机构性能有比较大的影响，严重时可能会造成机构的破坏[1,2]。
为避免或者减少上述事故的发生，文应用有限元软件ABAQUS 对不同过盈量的装配进行有限元计算分析，研究了配合面之间的应力及接触压力分布规律；研究了不同过盈量对装配的影响，预先掌握装配过程中的薄弱环节，提高产品装配质量，基于此，本文应用有限元技术计算分析提出了较为合理的结构形式[3～5]。
1 过盈装配分析有限元模型的建立考虑模型的特点，及节省计算时间，分析时采取轴对称模型进行分析，分析步类型选择Static ，General （使用ABAQUS/Standard 作为求解器）。
过盈联接有限元分析的接触算法选择
过盈联接有限元分析的接触算法选择由博【摘要】接触算法对有限元分析结果及其计算时间有很大影响,因此,对于采用有限元方法预测压装曲线而言,选择一个合适的接触算法是至关重要的.本文首先建立了过盈联接的三维有限元模型,然后分别用罚刚度法、增强拉格朗日法及普通拉格朗日法对过盈联接进行有限元分析,最后通过控制法向刚度系数(FKN)、切向刚度系数(FKT)、渗透量(FTOLN),分别评价上述三种方法的计算精度和收敛性.分析结果表明在相关参数控制得当的情况下,三种方法都可以得到精确的结果,但是它们的计算时间有很大区别,其中计算时间最短的是增强拉格朗日算法.%Contact algorithm has significant influence on the analytic results and calculation time of Finite Element (FE) analysis. It is important to choose an appropriate contact algorithm to predict the press-fit curve with FE method. In this work, a three-dimensional (3D) FE model of a press-fit assembly was set up firstly. Then, it was analyzed by using three different contact algorithms, namely Pure Penalty, Augmented Lagrangian and Normal Lagrange. Finally, the accuracy and the convergence of their calculation results were evaluated with the governing contact algorithms options, including Normal stiffness factor (FKN), Tangent stiffness factor (FKT), Penetration tolerance (FTOLN). The results indicated that accurate results could be obtained through setting the governing parameters properly in all of three contact algorithms, but their calculation efficiencies were quite different. Obviously, the calculation time of Augmented Lagrangian was the shortest.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2018(037)004【总页数】4页(P156-159)【关键词】压装曲线;接触算法;有限元分析;过盈联接【作者】由博【作者单位】吉林化工学院航空工程学院,吉林132021【正文语种】中文【中图分类】TH131.70 引言过盈联接结构简单、定心性好、联接强度高，因此在工业生产中得到广泛应用。
过盈配合的有限元分析
过盈配合的有限元分析工程力学系张晨朝20803001过盈配合的有限元分析摘要: 在工程应用中,利用接触有限元法建立了内轴与外套过盈配合的有限元力学模型来判断结构设计是否符合要求。
针对内轴和外套的过盈配合状态，采用大型通用有限元ANSYS 软件对组合模具进行了有限元分析, 得出了内轴与外套在过盈配合状态下的应力分布规律及接触面压力分布状况, 找到了应力集中位置和大小。
结论表明结构配合尺寸设计没有使结构产生变形, 该结构完全符合产品的设计要求。
关键词: 过盈配合; ANSYSAbstract: In the project application, in order to judge whether the structural design meets the requirement, the finite element and mechanical model of the interference joint between inside lining and outside wrap is established by used contact -finite- element methods. Aimed at condition of the interference joint between inside lining and outside wrap, we carry on the finite element analysis based on ANSYS and attain the stress distribution in interference joint; the pressure distribution in contact face and the location and the size of stress concentration. It is concluded that the structure interference joint size of combined die do not make the mold have distortion and the combined die completely meets the product design requirement.Key words: interference joint; ANSYS1 引言过盈配合[1]是机械工业中一种常见的零部件组装方式,齿轮、轴承以及火车车轮等与其装配轴之间的配合大多采用过盈配合。
压装配合过盈量计算及有限元分析
压装配合过盈量计算及有限元分析乔颖敏;张建刚【摘要】为得到过盈量和温度改变时轴承孑孔应力的变化趋势及压装配合时过盈量的合理取值范围,根据过盈配合原理计算径向力和接触面应力,同时以某型号变速器输入轴轴承与轴承孑孔的过盈配合为例,建立有限元模型并进行数值模拟,得出此型号轴承压装配合过盈量最优范围.【期刊名称】《汽车工艺与材料》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】4页(P38-41)【关键词】过盈配合;压装力;有限元;应力【作者】乔颖敏;张建刚【作者单位】陕西法士特汽车传动工程研究院,西安710119;陕西法士特汽车传动工程研究院,西安710119【正文语种】中文【中图分类】TH133.3过盈配合是轴承与轴承孔配合常用的连接方式之一。
两个或两个以上的零件配合可分为滑动配合、过渡配合、紧配合等多种状态，过盈配合属于紧配合中的一种，二者配合过程中需用特殊工具以较大的压装力挤压进去，也可利用材料的热胀冷缩特性，把孔径材料预热或者把轴材料冷却，迅速插入待常温后即为过盈配合状态。
变速器的输入轴与离合器壳体通过轴承进行连接，轴承外圈与离合器壳体无相对滑动，轴承内圈与输入轴一起转动且相对无滑动，轴承内外圈连接之间严格无转动。
在实际工作过程中，轴承高速转动而产热导致零件升温、过盈配合量减小，在转动过程中轴承传递到外圈部分扭矩克服过盈周向摩擦而使轴承外圈与轴承孔有相互转动，致使出现轴承跑外圈现象。
长时间轴承跑外圈，会使轴承孔磨损，逐渐导致轴承孔径增大，进一步导致齿轮啮合状态变差，引起齿轮点蚀、断齿、轴承破坏等一系列变速器故障。
上述的工作过程存在复杂的非线性接触，数值求解困难。
常用的有限元分析理论[1]和相关软件在计算复杂接触问题方面具有较大优势，为计算过盈配合的应力分布提供了有效途径。
设有两个空心轴过盈配合，其中外轴（包容件）内径D2，外径d3，内轴（被包容件）内径D1，外径d2，则两轴过盈配合量为Δd=D2-d2，可根据制造公差计算。
基于有限元法的过盈配合接触特性分析
参考文献(5条)
1.魏延刚 轴毂过盈联接的应力分析和接触边缘效应[期刊论文]-机械设计 2004(1)
４ 结束语 （１）沿过盈配合的长度方向，接触压力和摩擦
应力分布呈端部大，中间小的趋势．接触压力的大小 主要与过盈量有关，工作载荷对其影响很小；工作载 荷对摩擦应力影响较大；
（２）随着过盈量的增大，过盈配合两端的接触 压力增长较快，所以需要在孔两端倒角，以避免其首 先达到屈服；
（３）摩擦应力随Ｔ作载荷的变化呈线性变化． 因此最小过盈量的设计应随工作载荷的线性增加而 线性增大；
图3网格模型为得到过盈?工作载荷和摩擦系数对过盈接触状态的影响针对4种过盈?3个工况及3种摩擦系数分别进?了有限元计算取单元解进?分析grouptechnologyproductionmodernizationv0126no42009?5?万方数据得到接触压?和摩擦应?的分布规?3计算结果分析31过盈?对接触的影响图4中曲线为接触压?沿轴向的分布情况过盈配合两端的接触压?较大中间的较小
过盈配合由于结构简单，承载能力大，具有好的 对中性，特别是在经常出现冲击载荷的情况下能呵 靠地工作，因而在风力发电齿轮箱中得到广泛的应 用．由于风力发电机组安装在高山、荒野、海滩、海岛 等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及 强阵风的冲击，对过盈连接的可靠性提出了更高 要求．
轴孔间利用过盈配合形成压力产生的摩擦力来 传递扭矩．轴孑Ｌ过盈连接的失效包括连接件强度不 够引起的塑性变形或断裂和接触面发生相对滑动 （打滑）．关于连接件强度的研究，魏延刚利用有限元 法得出了轴和轮毂均为弹性时过盈配合的应力边缘 效应［１］，Ｇａｍｅｒｌ和Ｏｒｃａｎ在假设轴为弹性轮毂为弹 塑性的基础上建立理论计算模型∽］；关于轴孔过盈 配合滑动的研究，廖爱华、张洪武利用有限元参数二 次规划法得出了接触压力的分布规律∞］．但轴孑Ｌ过 盈配合是有摩擦的接触问题，接触面能否产生滑动
基于ANSYS组合模具过盈配合有限元分析
利用时间历程后处理器分析１００端面处某一节点的 约束反力随时间变化曲线。如图８所示。
３结语 通过采用ＡＮＳＹＳ有限元软件的分析，该组合模具的
过盈配合过程中产生的最大应力为１２４０ＭＰａ，没有超出 材料的许用应力（１６００ＭＰａ），表明设计没有使产品产生
基于ＡＮＳＹＳ组合模具过盈配合有限元分析
郝兆朋，张永军，范依航 （哈尔滨理工大学机械动力工程学院，哈尔滨１５００８０）
摘要：在细长杆冷成形自动锻压机新产品的研制过程中，为判断其组合模具结构设计是否符合要求，文中用接触有限 元法建立了内衬与外套过盈配合的有限元力学模型。针对内衬和外套的过盈配合状态。采用大型通用有限元ＡＮＳＹＳ软
比较方案一与方案二，对于所给零件，由于两小孔比
较接近边缘，复合模冲裁零件时受到壁厚的限制，模具结 构与强度方面相对较难实现和保证，故采用级进模加工。 ２模具设计计算 ２．，排样、计算条料宽度及确定步距
采用单排方案，如图２所示。
查表确定搭边值，根据零件形状两零件间按矩形取 搭边值ｂ＝２．Ｏｍｍ，侧边取搭边值ａ＝２．Ｏｍｍ。
万方数据
机械工程师２００８年第５期《２７
专题报道 譬墨蚕蕊圈瞄冒誓墨赣县加工菝７Ｉｔ与设备■●—●—■—●————■———●—■—■—■—————■—■—■■—●——■——————一
垫圈连续冲栽模具的设计
李文 （韶关机电技校，广东韶关５１２０００）
“
。
。
”。
ｊ秀一
摘要：分析了垫圈的工艺特点，介绍了垫圈的排样设计方案，以及模具结构的设计计算、模具主要零件计算、冲床参数
挤压机运行故障原因分析及解决方案
挤压机运行故障原因分析及解决方案设计能力 60 t/h 的造粒机组是国内引进大型挤压造粒机组之一，该机组是某大型煤炭深加工项目 35 万 t/a聚丙烯装置的配套设备。
在运行过程中，其自动控制系统存在一些需要改进和调整的地方，特别是造粒机组运行过程中经常联锁停车，经过反复分析研究，最终找到问题所在，并制定出相应的解决方案。
该机组主要由主电动机、减速箱、筒体、熔融泵、换网器、水下切粒机、干燥器、块料分离器以及颗粒振动筛等主要设备组成。
项目基本情况工艺流程简介造粒机组示意如图 1 所示，聚合单元生产的聚丙烯粉料由脱气仓进行脱活、干燥后，经粉料输送鼓风机送至造粒单元进料仓，粉料与助剂经过配置并在规定时间内充分混合，通过助剂计量称进入筒体。
聚丙烯粉料和助剂在筒体中充分混炼、熔融和均化，熔融聚丙烯经熔融泵增压，通过换网器过滤，由水下切粒机切粒。
切粒前产品的熔融指数用 MFR 在线测定仪测定。
熔融聚丙烯经过切粒机模板束状挤压后进入切粒室，旋转的切刀将聚丙烯切成小颗粒。
由于与颗粒冷却水接触，颗粒立即固化，同时由颗粒水送出切粒室。
颗粒经块料分离器把大的或不均匀的块料分离出来，其余送入颗粒干燥器中离心干燥，将颗粒与水完全分离。
另外，颗粒干燥器排风扇将空气吹入，加快带走颗粒表面的水分。
干燥的颗粒送到振动筛进行筛分，大颗粒和小颗粒均被筛掉，合格的颗粒送到颗粒料斗中。
最后由风送系统输送到料仓进行掺和包装。
机组 PLC 控制系统设计造粒机组的控制系统采用西门子公司的 PCS7 系统来实现。
整个造粒系统的电源模块、中央处理器、通信均采用冗余结构，分布式 IO 模块。
32 路数字输入模块12 块，32 路数字输出模块 10 块，8 路模拟输入模块 10 块，8 路模拟输出模块 10 块，24 路 F-DI4 安全模块，6 路 F-AI 安全模块 3 块，10 路F-DO 安全模块 4 块。
共有数字量输入点 372 个，数字量输出点 253 个，模拟量输入点 192 个，模拟量输出点 34 个，同时设计了与 PC 上位机通信的接口。
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挤压机挤压筒过盈配合接触问题的有限元分析
作者：李永亮，高素荷
来源：《科技创新与生产力》 2015年第7期
李永亮，高素荷
（太原重工股份有限公司技术中心，山西太原 030024）
收稿日期：２０15－02－09；修回日期：２０15－05－09
作者简介：李永亮（1982-），男，山西代县人，工程师，主要从事机械产品CAE仿真、分析及优化设计研究，
E-mail：jszxcaelyl@。
在工程实际中，常遇到工作需要求解过盈配合接触问题而有限元分析软件却不具有接触分
析功能的情况，使结构分析工作者和设计人员感到束手无策，无法求解，陷入尴尬境地。
文章
旨在通过对求解大型挤压机扁孔挤压筒过盈配合接触问题的工作实践对这一问题进行研究和探索，介绍一种应用力法原理求解过盈配合接触问题的方法。
挤压筒是挤压机设备中的重要部件之一，是主要受力部件。
它的工作原理是在挤压机工作时，挤压筒因挤压杆压缩筒内的工作液体而产生高压，使坯料经模子挤压成型。
在大型挤压机
设备设计时，一般采用过盈配合的预应力组合筒，以减小应力峰值，提高筒体承受内压的能力。
对于一般的圆孔挤压筒，在进行其力学特性分析时可以简化为厚壁筒，应用弹性理论直接求解。
而对于图1所示的扁孔挤压筒，由于其过盈配合面上的接触压力在不同的弧段，值也不同，因
而很难用手工算法求解。
为了更好地掌握扁孔挤压筒的应力应变规律，根据力法原理，应用
CAD/CAE/CAM集成软件UG中的GFEM PLUS模块，对这种采用过盈配合的预应力扁孔组合筒进行
了有限元分析研究，并应用MSC.MARC程序对计算结果进行了校核验证。
1 力学模型的建立
此次计算的挤压机挤压筒为过盈配合的预应力组合筒，内筒与外筒结构见图1。
由于挤压
筒属于厚壁筒，其约束和工作载荷也是对称分布，故可取1/4结构按平面应变问题求解。
在建
立力学模型时，选取UG软件中QUAD/4单元为基本单元，约束其平面法向位移和平面对称轴线
上切向位移，将工作载荷均匀作用在内筒内壁上。
分析时，取挤压筒内筒和外筒为隔离体分别
计算。
在划分单元网格时注意使过盈配合面处的单元和节点数量相等。
2 过盈配合接触力的求解方法
经分析内、外筒过盈配合的接触情况，可以发现，一是过盈配合接触面上各点加热预紧后
均保持相同的过盈量；二是热装后内筒外壁与外筒内壁各点的径向位移之和应等于过盈量；三
是组合筒过盈配合面上的摩擦影响可忽略不计。
为较为准确地求解过盈配合面各点的未知接触力，分析时采取了如下措施：第一步，根据力法原理，应用有限单元法求解过盈配合接触力。
首先，分别在内筒、外筒过盈配合面第i节点（i=1，2，…，n，n为过盈配合面弧线上的节点数）上施加单位力Pi，应用有限单元法求解过盈配合面上各点的径向变形量δ′ij，δ″ij
（j=1，2，…，n）。
其次，对接触面上的每一点对，求解总变形δij=δ′ij+δ″ij（j=1，2，…，n）。
第三，根据力法原理，应有[δij]{P}={δ}成立，应用高斯法求解该线性方程组，求得载荷向量{P}，即为接触面各点的接触力。
第二步，将求得的过盈配合接触力与工作载荷分别作用在挤压筒内、外筒上，应用有限单元法求解。
3 计算结果及分析
由于结构及工作载荷的对称性，挤压筒的变形及应力分布也呈对称分布。
应用有限单元法
求得工作载荷作用下各部件的位移、最大主应力及VON MISES等效应力。
图2为工作载荷作用
时挤压筒最大等效应力分布云图，其中，由VON MISES理论决定的等效应力由下式确定
式中：σ1，σ2，σ3为主应力。
3.1 变形
由于挤压筒内筒中心孔为扁孔，使内筒壁厚为非等厚，因而对挤压筒产生不均匀的内压作用，导致挤压筒非均匀变形。
由计算可知，在工作载荷作用下，在水平方向挤压筒内筒内壁位
移为δ′内，水平为0.289 mm，外壁位移为δ′外，水平为0.402 mm，方向向内；在垂直方向，内筒外壁垂直位移为δ′外，垂直为0.860 mm，方向向外。
可见，挤压筒内筒变形呈水平向收缩，垂直向膨胀的态势。
由于传递到外筒上的压力不均匀，因而外筒变形也为不均匀分布。
与内筒不同的是，外筒在水平和垂直方向均为向外膨胀，只是两者的膨胀量不同。
此时，外筒
内壁在水平方向向外膨胀量为δ″内，水平为0.541 mm，外壁位移为δ″内，垂直为1.766 mm；而在外壁上δ″外，水平为0.243 mm，外壁位移为δ″外，垂直=1.293 mm。
3.2 应力
从应力分布形态分析，挤压筒工作时，其内外筒内壁水平对称轴线区域的应力最大。
其中，内筒的最大主应力σ′1，max为738.729 MPa，最大等效应力σ′ef，max为900.246 MPa；
外筒的最大主应力σ″1，max为788.046 MPa，最大等效应力σ″ef，max为932.265 MPa。
所以，挤压筒内筒与外筒的应力水平相当，可以认为两者强度相等。
3.3 接触力分析
从图3挤压筒工作时的接触力分布图看出，对于过盈配合，工作载荷作用时挤压筒内筒与
外筒配合面上的接触力也是变化的。
在0°，45°，90°时接触力较小，尤以0°时接触力最小，Fmin为583.9 N，最大接触力为Fmax为5 839 N，最大接触力与最小接触力相差约10倍。
从变形结果来看，变形后的内外筒仍保持接触，像一个整体筒一样工作。
这一点可由计算
结果中的挤压筒工作时的接触状态得到证实。
3.4 位移及应力分布的比较
由于两种力学模型的单元网格划分密度并不完全相同，计算结果也不完全相同（见表1）。
综上所述，从应用两种有限元分析程序用不同方法得到的计算结果来看，根据力法原理将
有限单元法与编程相结合来求解过盈配合组合筒的方法是可行的。
（责任编辑高远）。