机械专业本科生毕业论文锌锭自动脱模装置设计

目录目录 I摘要 IIIAbstract IV第1章绪论 1背景 11.1.1锌锭及锌锭的用途 11.1.2锌锭模芯 11.2装置设计目标 1第2章冲击系统设计 32.1冲击力计算 3气动冲击系统设计 42.2.1系统原理图设计 42.2.2冲击气缸选择 42.2.3空压机选型 82.2.4其他元件选型 102.2.5气动系统成本计算 112.3液压冲击系统设计 112.3.1系统原理图设计 112.3.2液压缸设计与选型 122.3.3液压油选型 132.3.4液压站设计与选型 152.3.5液压系统成本计算 182.4液压与气动冲击系统的对比与选用 18第3章锌锭模芯动力脱模装置的结构设计 203.1滑动导轨设计 203.1.1导轨形式及基本尺寸确定 20导轨材料及技术要求 213.1.3导轨压强计算 22锌锭定位装置 233.3承接模芯装置 24锌锭运动动力装置 25使锌锭运动所需拉（推）力及移动距离 253.4.2动力装置形式的确定 253.4.3多级伸缩式液压缸参数确定 253.4.4液压系统总体设计 273.4.5伸缩缸的固定与连接 27冲击缸固定装置 29模芯位置检测装置 293.7模芯的动力脱模装置整体装配 31第4章关键零部件的有限元分析与校核 324.1ANSYS简介 324.2冲击缸支架的有限元校核 324.2.1边界条件 33建立有限元模型 334.2.3加载分析 354.2.3后处理 354.2.4结果分析 42支架结构的更改与校核 42第5章总结与展望 50全文总结 505.2设计展望 50致谢 51参考文献 52附录 53摘要锌锭广泛应用于压铸合金、电池业、印染业、医药业、橡胶业、化学工业。锌锭作为**主要生产业务，目前采用人工方式完成脱模动作，即人工抡大锤将模芯从锌锭中打出，这种方式是原始、费力、低效率的方式，不适合现代企业技术发展的需要。本文针对这种现状，从生产实际出发，设计一套动力脱模装置。针对脱模过程需要冲击力大、时间短的特点，设计了一套气动冲击系统和一套液压冲击系统，进行了元件选型，并从系统使用性能、制造成本等方面对两套系统进行了对比，最终选定液压冲击系统作为装置的冲击系统。根据生产过程使用要求，设计了动力脱模装置的零部件具体结构。利用PRO/E软件建立了装置的三维模型。利用ANSYS软件，对脱模装置关键零部件进行了有限元校核，并根据校核结果对零部件结构进行相应修改。最终设计出一套满足使用要求的模芯动力脱模装置。关键词：动力脱模装置气动冲击液压冲击元件选型结构设计有限元分析AbstractZincingotiswidelyusedindie-castingalloy,batteryindustry,printinganddyeingindustry,pharmaceuticalindustry,rubberindustryaswellaschemicalindustry.Asthemainproductionbusinessof*****,thedemouldingofZincingotiscurrentlycompletedwithartificialmethod,namely,usingsledgehammertogetthemoldcoreoutoftheZincingots.Suchamethod,beingoriginal,laboriousandinefficient,cannotmeetthedemandsofthetechnologicaldevelopmentofmodernenterprises.Inviewofthissituation,thisthesisisintendedtodesignasetofdynamicdemouldingdevicebasedontheneedsofactualproduction.Directingagainstsuchcharacteristicsofthedemouldingprocessasrequiringlargeimpactforceandshorttime,theauthorofthisthesisdesignsapneumaticimpactsystemandahydraulicimpactsystem,selectsthecomponentsforthesystemsandmakescomparisonsbetweenthetwosetsofsystemfromtheaspectofperformanceandmanufacturingcost,etcandfinally,choosesthehydraulicimpactsystemastheimpactsystemforthedevice.Inlinewiththerequirementsoftheproductionprocess,theauthoralsodesignsthespecificstructureofthecomponentsofthedynamicdemouldingdevice,usesPRO/Esoftwaretoestablishthethree-dimensionalmodelofthedeviceandmodifiesthecomponentsstructureaccordingtothecheckingresult.Eventually,asetofthedynamicdemouldingdevicewhichcanwellsatisfiestherequirementofusersisdesigned.KEYWORDS:dynamicdemouldingdevicepneumaticimpacthydraulicimpactcomponentselectionarchitecturaldesignfiniteelementanalysis第1章绪论1.1背景.1锌锭及锌锭的用途锌锭是指纯锌，当然也会有杂质，但作为锌锭，至少有90%以上的纯度。锌锭主要用于压铸合金、电镀、喷涂、电池业、印染业、医药业、橡胶业、化学工业等，是株冶的主要生产业务。锌锭的主要应用有[1~2]1、镀锌：锌具有优良的抗大气腐蚀性能，所以被主要用于钢材和钢结构件的表面镀层(如镀锌板)，广泛用于汽车、建筑、船舶、轻工等行业。近年来西方国家开始尝试直接用锌合金板做屋顶覆盖材料，其使用年限可长达120-140年，而且可回收再用，而用镀锌铁板作屋顶材料的使用寿命一般为5-10年。2、制造铜合金材(如黄铜)：用于汽车制造和机械行业。锌具有适用的机械性能。锌本身的强度和硬度不高，但加入铝、铜等合金元素后，其强度和硬度均大为提高，尤其是锌铜钛合金的出现，其综合机械性能已接近或达到铝合金、黄铜、灰铸铁的水平，其抗蠕变性能也大幅度被提高。因此，锌铜钛合金目前已被广泛应用于小五金生产中。3、用于铸造锌合金：主要为压铸件，用于汽车、轻工等行业。许多锌合金的加工性能都比较优良，道次加工率可达60%-80%。中压性能优越，可进行深拉延，并具有自润滑性，延长了模具寿命，可用钎焊或电阻焊或电弧焊(需在氦气中)进行焊接，表面可进行电镀、涂漆处理，切削加工性能良好。在一定条件下具有优越的超塑性能。此外，锌具有良好的抗电磁场性能。锌的导电率是标准电工铜的29%，在射频干扰的场合，锌板是一种非常有效的屏蔽材料，同时由于锌是非磁性的,适合做仪器仪表零件的材料及仪表壳体及钱币,同时锌自身及与其他金属碰撞不会发生火花，适合作井下防爆器材。4、用于制造氧化锌：广泛用于橡胶、涂料、搪瓷、医药、印刷、纤维等工业。5、用于制造干电池（以锌饼、锌板形式，约占13%）：锌具有适宜的化学性能。锌可与NH4CI发生作用，放出H+正离子。锌-二氧化锰电池正是利用锌的这个特点，用锌合金做电池的外壳，既是电池电解质的容器，又参加电池反应构成电池的阳极。它的这一性能也被广泛地应用于医药行业。1.1.2锌锭模芯锌锭是****的主要生产业务，目前主要为人工生产方式，模芯是被锌液凝固固定在铸锭中，用于吊车将铸锭从铸模中起吊出的支撑物。装置设计目标将铸锭从铸模中起吊出后，要将模芯从铸锭中击打出，完成脱模动作。目前的方法是人工抡大锤将其打出，这种方式是原始、费力的、低效率的方式，不适合现代企业技术发展的需要。本设计将研制一种便于操作、效率高的动力脱模装置，为实现锌锭的高效、高水平生产提供一定条件。研制动力脱模装置应达到如下目标：1、便于操作，一个人就能完成操作。2、脱模速度快，应快于人工锤打脱模速度。第2章冲击系统设计2.1冲击力计算在工人抡大锤击打模芯时，大锤从高处落下，大锤与模芯相互碰撞，产生的作用力是先突然增大而后迅速消失，且由于碰撞相互作用时间很短，往往只有百分之几秒甚至千分之几秒，在这极短时间内动量发生很大变化，因此受到冲击力很大。根据现场测量及工人操作情况，可对冲击力估算如下：（1）锤子下落高度根据现场工人操作过程，可以大体估算出大锤从最高点至击打点的垂直距离如下所示:人体高度h1：1700mm手臂长度h2：500mm锤子手柄握锤处至锤头高度h3：700mm模芯顶部至地面高度h4：700mm可估算出锤子下落高度 H=h1+h2+h3+h4 (2-1)得H=2200mm。（2）自由落体锤头与模芯相撞前速度：根据现场调研，测量出大锤的尺寸，并由外形尺寸计算出大锤质量为10Kg，并由公式（2-1）可知，锤头从最高点至击打点的垂直距离约为2200mm。锤子下落过程，工人对锤子施加的力以及空气的阻力相对于锤子的重力可以忽略不计，可将锤头下落过程简化为自由落体运动，则在即将接触模芯时，根据动能定理： mgh=12m得v=(3)自由落体冲击力锤子在自由落体后接触到模芯，将迅速减速为零，这一过程遵循碰撞过程的动量定理（[3]） mv=F1*t (2-3)可得F1=（4）敲出模芯所需冲击力在实际操作中，锤子击打模芯，还会受到工人施加的力、锤子重量的变化等影响，此外，还需保证冲击器一次冲击即可将模芯击出，所以要考虑工况系数及冲击力余量，则冲击器敲出模芯所需冲击力(取K): F=F1*K （2-4）得F气压传动是以压缩空气作工作介质、空气压缩机作为动力源，来进行能量传递以及控制的一直传动方式。2.2.1系统原理图设计根据使用要求，该系统要完成冲击气缸活塞杆快速伸出，打击模芯，以及快速返回的功能，初步设计气动系统原理图如图2-1所示。图2-1气动系统原理图1-气源；2-气动三联件；3-消声器；4-两位四通换向阀；5-冲击气缸2.2.2冲击气缸选择2.2.2.1冲击气缸工作原理冲击气缸是一种专门用于将高压压缩空气的能量转化为高速运动(最高运动速度可以达到10m/s)的动能，进而可以以较大的冲击力来冲击工件从而到达使用要求的新型特种气缸。冲击气缸的特点就是冲击力强、速度快、耗气量小。为了满足这样的要求，冲击气缸会采用一些特殊的设计，比如加大缸径、加重冲击活塞杆、减小缸壁的摩擦系数、气缸活塞杆采用反冲装置等来实现冲击功能。采用这些特殊技术，既能增大气缸的冲击力又可以延长气缸的使用寿命。冲击气缸有普通型和快排型两种，它们的工作原理大致相同，差别为快排型冲击气缸比普通型冲击气缸增加了快速排气机构，来获取更大的能量。2.2.2.2常见冲击气缸产品目前市场上的冲击气缸产品可以分为两类[QGT储气腔型冲击气缸它把压缩气体的压力能转换为活塞高速(10～20米/秒)运动的动能，借以做功。该款冲击气缸增加了带有喷口和泄流口的中盖。中盖和活塞把气缸分成储气腔、头腔和尾腔三室。它广泛用于下料、冲孔、破碎和成型等多种作业。CMT型冲击气缸这是一种新型冲击气缸，通过加重活塞杆、减小摩擦系数等大幅提供冲击力。该系列冲击气缸结构紧凑，冲击力巨大。比如缸径38mm、行程60mm的该系列冲击气缸，最大冲击力可以达到3吨，冲击力是同样行程和缸径的普通气缸的10倍以上。由于采用了冲击缓冲装置，该系列的冲击气缸既能提供较大的冲击力，也能保证其使用寿命。该款冲击气缸特殊适应于生产线检测位打标、冲孔等操作。由于其自身长度非常小，适用于安装在比较紧凑的空间。对安装位的大小、距离要求都比较低。2.2.2.3QGT型冲击气缸选型(1)基本参数的确定[11]QGT型冲击气缸结构简单、耗气较小、冲击力大，冲击力为普通标准缸的9-10倍。表2-1普通双作用气缸输出力换算表缸径/mm气缸的理论输出力（推力）单位：KG使用空气压力MPa50117137157631251561872182508010015120125130035240210015723631439347155062812524536849161573685998216040260380410051206140716081805087631018127215271781203620062894212571571188521992514250981147319632454294534363926QGT冲击气缸冲击力为普通缸的9-10倍，根据南京广方气动成套设备提供的普通双作用气缸输出力换算表，初选缸径为Φ125mm的缸，使用压力0.8MPa。气缸的主要工作参数如表2-2所示：表2-2QGT冲击气缸主要技术参数气缸内径(mm)Φ63Φ80Φ100Φ125工作压力力(MPa)0.2工作介质经过除水过滤，并含有油雾的干燥压缩空气介质及环境温度(℃)-5~行程S(mm)125160200250Pa时最大冲击功(≥N·m)31.669143294最大冲击功时对应的行程(mm)6080110132P=时冲击频率(Hz)60504030注:最大冲击功为表中行程的0.55S处。选用缸径为Φ125mm的缸，其标准行程为250mm。对于冲击气缸，活塞开始运动后先加速，达到最大速度后开始减速，为达到最佳使用效果，使用行程需大于加速行程，由表2-2可知，对于Φ125mm的缸，其冲击力最大处行程为132mm（约为标准行程的0.55处），为此采用缸径为Φ125mm、行程为150mm的冲击缸，它在行程为132mm处冲击力最大。工作压力0.8MPA。(2)外形尺寸该系列的冲击气缸外形尺寸如图2-3所示：图2-3QGT冲击气缸外形尺寸对于Φ125mm的缸，可从上表计算得知其外形长度为876mm。(3)安装方式的确定该系列的冲击气缸安装方式如图2-4所示（a）轴向脚架式（b）后法兰式（c）前法兰式图2-4气缸安装方式由图2-4可知，QGT常见的安装方式主要有轴向脚架式、后法兰式和前法兰式三种。因为实际使用中，冲击气缸是活塞杆向下伸出，冲击模芯，可选定冲击气缸安装形式为前法兰式。.4CMT型冲击气缸选型(1)CMT型冲击气缸简介[12]美国Columbiamarkingtools（CMT）公司生产的AirImpactMarker系列冲击气缸，冲压气缸，结构紧凑，冲击力巨大。在同样的行程和缸径下，CMT冲击气缸的冲击力要比普通气缸高10倍左右。由于采用了冲击缓冲装置，该系列的冲击气缸，具有更大的冲击力，并且保证了使用寿命。CMT冲击气缸系列主要有CMTModel78、Model88、Model98、Model288、Model298、Model451、Model751、Model851、Model75S、Model85S。Model78冲击气缸，整体长度仅为80mm，其冲击力高达700kg，特别适合于对安装空间特别有限的领域。Model288双作用冲击气缸，缸径38mm，行程有多种可选，其冲击力可达3吨。Model88单作用冲击气缸，缸径38mm，行程60mm，其冲击力也达到3吨。Model98，298在88，288的基础上，加大缸径和进气孔，其冲击力甚至高达8吨，但其整体长度控制在240mm左右。充分满足了生产线安装尺寸限制，单又对冲击力有较高要求的场合。Model751，851是比较智能化的冲击气缸产品，该款产品能够根据需要加装位置传感器，来判断是否完成一次冲击过程。(2)CMT型冲击气缸型号确定根据公式2-4计算得知，击退模芯所需冲击力约为8T，初步选定Model98系列气缸。Model98单作用冲击打标气缸，最大冲击力8吨。最大行程60mm。该款冲击气缸结构紧凑，冲击力大。(3)Model98系列气缸基本参数确定Model98系列气缸产品外形如图2-5所示图2-5Model98系列气缸工作气管规格:1/2英寸气管工作气压:行程：60mm冲击力最大行程：55~57mm产品重量：6KGm产品外形长度：257mm安装形式：前法兰式产品报价：5500元/件2.2.2.5不同气缸对比与气缸型号确定前面分别对QGT和CMT气缸进行了分析，选择了相应型号，现就两种冲击气缸主要参数进行对比如表2-3。表2-3两种冲击气缸主要参数对比项目CMT型（Model98）QGT型钢制气缸铝制气缸工作压力（MPa）总行程（mm）60150150冲击力最大行程（mm）57132132安装方式前法兰式前法兰式前法兰式整体长度（mm）257876876产品重量（KG）62010价格（元/件）55008501150由表2-3对比可知，QGT型冲击气缸在成本较低，但是QGT型气缸比CMT气缸外形尺寸大很多，且总行程、冲击力最大行程偏大，会导致气缸活塞杆刚性偏差，在8T的冲击力下稳定性不足；在重量上,QGT型气缸也不占优势。综合考虑，选用CMT型Model98系列冲击气缸。2.2.3空压机选型2.2.3.1空压机的作用和分类空气压缩机是气源装置中的主体，它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能，供气动设备使用的装置，是压缩空气的气压发生装置。空压机按工作压力可分成[4,13]按工作原理分类容积型2.2.3.2不同种类空压机特性对比[4,13]各种空压机的特性比较见表2-4。表2-4各种空压机特性比较空压机类型活塞式螺杆式离心式成本低。~500kW高。~370kW。75kW以上与活塞式的价格差变小高。750kW以下无优势脉动大小小振动大小较小嗓声大小大排气方式断续排气需设气罐连续排气不需设气罐连续排气不需设气罐2.2.3.3空压机型号的确定根据实际使用情况，在锌锭生产车间使用，对空压机的振动、噪声等均无特殊要求，且在成本上，螺杆式空压机价格为活塞式的4倍以上。综合考虑，选用活塞式空压机。选择空压机型号主要考虑的是气动系统的工作压力和流量两个方面。(1)输出压力选择在确定空压机输出压力时，需考虑供气系统管道的压力损失，包括沿程损失和局部损失。空压机输出压力Pc Pc=P+∆P 式中Pc—空压机输出压力，MPa;P—气动执行元件最高使用压力，MPa；∆P—一般情况下，令∆P=Model98系列气缸工作压力为0.8MPa,取压力损失∆P为0.2MPa,由公式2-5可得空压机输出压力Pc为1.0MPa。(2)输出流量选择输出流量的选择在以各气动装置的理论最大耗气量之和的基础上，还需考虑系统泄漏和一定的备用供气余量，以此作为选择空压机容量的依据。m3/min(3)空压机型号及主要参数根据以上计算结果，选用聚捷活塞空压机，型号为W-1.05/12.0。产品如图2-6所示。图2-6聚捷活塞空压机产品主要参数如下：品牌：聚捷m气缸X缸数：Φ90X3储气罐容积：230L外形尺寸：1500X600X1100mm产品重量：240KG产品报价：4200元/台2.2.4其他元件选型2.2.4.1气动三联件[4,13]气动系统中，气动三联件是指空气过滤器、减压阀和油雾器。气动三联件是多数气动系统中不可缺少的气源装置，安装在用气设备近处，是压缩空气质量的最后保证。三大件的安装顺序依进气方向分别为空气过滤器、减压阀和油雾器，一般会在减压阀的出口安装一块压力表。根据额定流量，选择型号为AC3000-03的气动三联件，其参数如下：型号：AC3000-03最高使用压力：10公斤耐压力：15公斤环境及流体温度：5-60度使用流体：压缩空气过滤精度：50目杯材料：聚碳酸酯杯防护罩：有建议用油：透平1号油ISOVG32额定流量：2000升/分钟(输入压力7公斤时测的数据)接管口径：英制3分(3/8")压力表接口：英制1分(1/8")产品价格：145元/个产品外观如图2-7图2-7AC3000-03气动三联件外观图图2-8ABSL型铜消声器外观图2.2.4.2消声器由空气压缩机产生的压缩空气，必须经过降温、净化、减压等一系列处理才能供给控制元件及执行元件使用。而用过的压缩空气排向大气时会产生噪声，噪声是众所周知的公害之一，它会损害人的听觉，影响健康和工作，严重时还会造成各种意外事故。所以通常在压缩空气排向大气之前进行消声处理。常用的消声器按照工作原理分有三种类型:吸收型、膨胀型和吸收膨胀型。好的消声性能是指在产生的噪声频率范围内，有足够大的消声量。在实际使用过程中，对消声器无特殊要求，选用ABSL型铜消声器，型号为BSL-03G3/8。该产品由青铜粉烧结，烧结青铜消声器是由球状青铜粉粒精选，经烧结而成。它具有良好的渗透过滤性能和较高的过滤精度，适合于不同环境的工作条件。其外观如图2-8。其参数如下：型号：BSL-03G3/8使用流体：空气，真空使用压力范围：0~1.0Mpa使用环境及流体温度：0~60℃价格：10元/个2.2.5气动系统成本计算根据前面对各元件型号的确定，气动系统成本如表2-5：表2-5气动系统成本产品名称及型号主要参数数量价格CMT型Model98系列冲击气缸行程：60mm15500元/件聚捷活塞空压机W-1m14200元/件气动三联件AC3000-03额定流量：2000L/min1145元/件消音器BSL-03G3/8使用压力范围：0~110元/件SMC电磁换向阀VQD1151U-5L-M5两位四通电磁换向阀1340元/件气动软管及管接头600元合计10795元2.3液压冲击系统设计2.3.1系统原理图设计根据使用要求，该系统要完成液压冲击缸活塞杆快速伸出，打击模芯，以及快速返回的功能，初步设计液压系统原理图如图2-9所示图2-9液压系统原理图1-液压站；2-液压冲击缸2.3.2液压缸设计与选型2.3.2.1液压缸简介[14,15,16]液压缸是液压传动中的执行元件。它将液压能转变为机械能，实现往复直线运动或回转摆动运动。液压缸种类很多，一般按照液压缸的作用原理或结构特点分类。按照作用原理可分为两大类：单作用缸和双作用缸。单作用缸是利用液体产生的压力来推动活塞运动，返程则需要外力或自重来实现。双作用缸是利用液体压力推动活塞，可以向两个相反的方向运动。按照液压缸的结构特点可分为四大类：活塞杆、柱塞缸、摆动缸和组合缸。2.3.2.2液压缸设计与选型由公式2-4已知，将模芯击出所需的冲击力为80KN。采用双作用活塞杆式液压缸，取工作压力为14MPa，则可得推力 F=P*A (2-6)式中F—液压缸推力，N；P—工作压力，MPa;A—活塞有效面积，mm2,按标准液压缸，对于缸径Φ80mm的液压缸，由公式2-6可知，其推力F=70.37KN；对于缸径Φ1000mm的液压缸，由公式2-6可知，其推力F=KN；可见，若采用标准缸，Φ80mm的液压缸推力偏小，Φ1000mm的液压缸的推力偏大。同时，在产品重量上，Φ80mm、Φ1000mm的液压缸均在15KG以上，偏重。为此，需定制非标准液压缸。取非标液压缸缸径d=90mm,则由公式2-6可知，其推力F=89.06KN，满足要求。为减轻液压缸重量，对液压缸结构设计如下：缸底采用焊接形式与缸筒连接，加油口开在缸底上。缸盖采用螺纹形式与缸筒连接。前法兰采用焊接形式与缸筒连接。满足强度要求前提下尽量减小缸筒、缸盖、缸底厚度。活塞杆采用空心活塞杆。经过与生产厂家（深圳市合怡液压机械）协商，确定液压缸如下：型号：ROB80—ST80工作压力：14MPa缸筒内径：90mm行程：80mm产品重量：通过减小壁厚、采用空心活塞杆等措施，控制在8KG以内产品最大长度：220mm其他要求：活塞杆前端采用内螺纹形式，安装活塞加强帽产品价格：1050元/支2.3.3液压油选型液压油就是利用液体压力能的液压系统使用的液压介质，在液压系统中起着能量传递、系统润滑、防腐、防锈、冷却等作用。根据锌锭生产车间高温的特点，需采用难燃液压油。难燃液压油主要包括高水基液压液HFA、油色水乳化液HFD、合成难燃液压液HFC[12,13]。长城润滑油的难燃液压油产品主要有4632酯型难燃液压油、4631水-乙二醇抗燃液压液两种。2.3.3.14631水-乙二醇抗燃液压液长城牌4631水-乙二醇抗燃液压液是以水和二元醇为基础液，并加入抗磨剂、抗氧剂、防锈剂、抗泡剂等多种添加剂精制而成的抗燃液压液。按国际标准分类，属ISOL-HFC类的水-乙二醇型不燃液压油。性能特点1、优良的抗燃性，保证油品在高温或接触明火时使用安全2、极低的凝固点，保证低温启动容易3、极好的高低温稳定性（稳定的真溶液），不变质，贮存期可达两年4、良好的气、液相防锈性和防铜腐蚀性能，达到气、液两相防锈要求5、良好的润滑性能，保证液压油泵的润滑和使用寿命6、使用寿命长，在正常的工况和使用条件下，使用寿命不低于10000小时产品具体参数如表所示表2-64631水-乙二醇抗燃液压液技术参数项目4631水-乙二醇抗燃液压液40号50外观红色透明液体黏度，mm240℃-18℃923910密度（20℃），g/cm凝点，℃＜-50＜-50pH值铜片腐蚀（T2Cu，50℃×1a1a泡沫倾向性，ml泡沫稳定性,ml3002002.3.3.24632酯型难燃液压油长城牌4632酯型难燃液压油是以特定结构的合成油为基础油，并加入抗氧、防腐蚀和润滑等添加剂制成，属于无毒、可生物降解的新一代绿色润滑剂。性能特点1、低倾点、高闪点、高黏度指数2、优异的润滑性能和材料适应性能3、良好的热稳定性能、突出的抗剪切安定性能4、可生物降解产品具体参数如表所示表2-74632酯型难燃液压油项目4632酯型难燃液压油N32N46N68N100运动黏度，mm2100℃不小于40℃90～110黏度指数不小于180闪点，℃不低于270燃点，℃不低于300酸值，mgKOH/g不大于岐管着火试验通过2.3.3.3液压油型号确定对4632酯型难燃液压油、4631水-乙二醇抗燃液压液两种液压油进行比较，虽然4632酯型难燃液压油润滑性能比4631水-乙二醇抗燃液压液两种液压油良好。4632酯型难燃液压油燃点虽然不低于300摄氏度，但并不是完全不可燃；4631水-乙二醇抗燃液压液完全抗燃，考虑到锌锭生产车间实际情况，选用4631水-乙二醇抗燃液压液（40号）。2.3.4液压站设计与选型2.3.4.1液压站简介[14]液压站又称液压泵站，电机带动油泵旋转，泵从油泵中吸油后打油，将机械能转化为液压油的压力能，液压油通过集成块（或阀组合）被液压阀实现了方向、压力、流量调节后经外接管路传输到液压机械的油缸或油马达中，从而控制了液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功。它是由液压泵、驱动用电动机、油箱、溢流阀等构成的液压源装置或包括控制阀在内的液压装置。按驱动装置要求的流向、压力和流量供油，适用于驱动装置与液压站分离的各种机械上，将液压站与驱动装置（油缸或马达）用油管相连，液压系统既可实现各种规定的动作。2.3.4.2液压站原理图在实际使用过程中，该液压站需要通过一个两位四通电磁换向阀控制液压缸完成冲击运动。其原理图如下：图2-10液压站原理图1-油箱；2-滤油器；3-电机；4-联轴器；5-液压泵；6-单向阀；7-压力表开关；8-压力表；9-溢流阀；10-冷却器；11-空气滤清器；12-液位计；13-电磁换向阀2.3.4.3液压泵选型(1)液压泵分类[14]：液压泵是把机械能转换成液压能的能源元件，输入机械参量（扭矩、转速），输出液压参量（压力、流量），为系统提供一定的压力和流量的液体。液压泵的种类很多，具体分类如下液压泵定量泵(2)常用液压泵对比[14]常用的几种液压泵性能指标如表2-8表2-8常用液压泵的性能指标性能参数齿轮泵叶片泵柱塞泵内啮合外啮合单作用双作用轴向径向楔块式摆线转子式斜轴斜盘压力/MPa2~41.6~162.5~16≤6.3~1621~4010~20转速(r/min)300~40001000~45003000~7000500~2000500~4000600~6000700~1800排量/(mL/r)0.3~3002.5~1500.3~6501~3200.5~4800.2~36000.2~56020~720流量调节不能能不能能容积效率/%≤9680~9070~9585~9280~9488~9380~90总效率/%≤9065~8063~8771~8565~8281~8881~83流量脉动/%1~3≤311~27≤1≤11~5<2抗污染能力中中好中中中差中噪声小小中中中大中(3)液压泵型号确定[14,15,19]液压泵的选用应综合考虑液压系统的工况和泵本身的性能。选用液压泵最主要的参数为压力和流量。泵的额定压力：泵的额定压力要根据系统最高压力确定，并且具有一定的储备，即： p≥Kpmax （2-式中p—泵的工作压力，MPa；pmax—K—计算系数，一般取K=1.3~1.5。由液压缸的工作压力可知，pmax=14MPa,由公式（2-7）~21泵的额定流量：泵的实际流量量应稍大于系统最大流量。根据使用要求，液压站需控制液压缸在0.8S内走完全部行程，则供给液压缸所需流量为 q=A*Lt×10-6式中q—供给液压缸所需流量A—液压缸无杆腔活塞有效面积，mm2L—液压缸总行程，mm;t—液压缸活塞走完全部行程所用时间，min。计算可得q=38此液压站只供给液压缸运动，故最大流量等于供给液压缸所需流量，即38L/min。取泵的额定流量为45L/min。所使用电机转速为1440r/min，则可得泵的排量为31.5mL/r。根据压力和流量，选用直轴式轴向柱塞泵。2.3.4.4液压站参数的确定根据前面计算结果，经过与生产厂家（深圳市合怡液压机械）协商，最终确定液压站基本参数及性能要求如下：液压站型号：HY-02W+SRW液压泵额定压力：21MPa;液压泵排量：31.5mL/r；电机功率：7.5KW；电机转速：1440r/min；油箱容量：150L性能要求：1、液压站配置安全卸荷阀2、此液压站能控制液压缸来回时间在1.5s以内，加压时间0.2s;3、油泵为高压柱塞泵，品牌为台湾维多利，回油配水冷却器；4、电磁阀采用两位四通来控制油缸，配件为台湾油田元件。5、所有元件应保证4631水-乙二醇抗燃液压液对元件的正常使用无影响。液压站的外观图如图2-11所示。图2-11液压站外观图2.3.5液压系统成本计算根据前面对各元件型号的确定，液压系统成本如表2-9：表2-9液压系统成本产品名称型号主要参数数量价格非标液压冲击缸ROB80-ST80工作压力：14MPa行程：80mm11050元/件高速冲击液压站HY-02W+SRW液压泵额定压力：21MPa;液压泵排量：31.25mL/r；电机功率：7.5KW；电机转速：1440r/min；18750元/件活塞加强帽Φ40225元/件难燃液压油4631水-乙二醇抗燃液压液100L2000元/100L液压软管及管接头600元合计12450元2.4液压与气动冲击系统的对比与选用根据前面分析，冲击部位气动系统与液压系统对比如表2-10：表2-10气动系统与液压系统对比性能气动系统液压系统冲击缸总行程/mm6080冲击缸有效工作行程/mm55~570~80冲击行程所用时间/s冲击缸重量/KG68冲击缸最大长度/mm257220系统成本10795元12450元由表2-10可见，气动冲击系统的冲击缸比液压系统的重量轻，气动系统成本也较低，但是液压系统的有效工作行程比气动系统的大很多，考虑到车间实际生产情况，模芯长度偏差、零部件的变形等的影响，冲击缸的有效工作行程不宜太短，采用液压冲击系统比较合适。第3章锌锭模芯动力脱模装置的结构设计为达到使用要求，即通过冲击缸将模芯从锌锭中击出，该装置需完成五个动作：通过天车将锌锭放置到工作台上后，将锌锭移动到指定位置1；击退第一根模芯；将锌锭移动到指定位置2；击退第二根模芯；将锌锭移动到起始位置，以便移走锌锭及模芯。为完成要求的动作，该装置由六部分构成：滑动导轨、锌锭定位装置、承接模芯装置、锌锭运动动力装置、冲击缸固定装置、位置检测装置。3.1滑动导轨设计导轨的功用是承受载荷和导向。它承受安装在导轨上的运动部件及工件的重量以及切削力，运动部件可以沿导轨作直线运动。3.1.1导轨形式及基本尺寸确定在实际生产中，锌锭重量约1.2吨，模芯受到的冲击力约为8吨，可见导轨需有较大的承载能力，同时也要有一定的导向精度，选用矩形和三角形组合导轨，既有一定的导向精度，又有较大的承载能力，制造方便[20,21,22]。锌锭的宽度为600mm,取两导轨的间距为400mm。固定导轨的截面尺寸如图3-1[20]图3-1固定导轨的截面尺寸锌锭长度为1200mm，为实现一次装载完成两个模芯的击退动作，且保证一定的预留量，取固定导轨长度为2500mm，取动导轨长度为1250mm。模芯长度为330mm,为保证模芯完全从锌锭中脱出，取动导轨上表面距离固定导轨底面的内表面高度为335mm。为节省材料，减轻导轨重量，可在导轨上留一下矩形窗。固定导轨内壁设置肋板，加强导轨刚度。导轨的三维模型如图3-2所示。[23]（a）固定导轨（b）动导轨（c）固定导轨与动导轨组合图3-2导轨三维模型3.1.2导轨材料及技术要求导轨采用铸造成型，导轨的材料应具有良好的耐磨性、摩擦系数小和动静摩擦系数差小。加工和使用时产生的内应力小，尺寸稳定性良好等性能。导轨副应尽量采用不同材料组成，如采用相同材料，也要采用不同的热处理或不同的硬度。机床导轨材料一般采用灰铸铁和耐磨铸铁。[20,21,22,24]固定导轨选用HT200,动导轨选用HT150。硬度为200HBS—240HBS,硬度差不超过20HBS。导轨使用性能要求一般，铸件粗加工后进行一次时效处理即可。导轨表面采用磨削加工，动导轨表面粗糙度值取Ra0.8,固定导轨表面粗糙度值取Ra0.8。导轨面接触指标全长上不低于70%，全宽上不低于50%。3.1.3导轨压强计算导轨的压强是影响导轨耐磨性和接触变形的主要因素之一，设计导轨时，若导轨~[21,25]。对导轨进行受力分析，可知，导轨受到竖直方向很大的冲击力，其它方向的力可忽略不计。已知锌锭受到的冲击力为80KN，加上锌锭及其它部件的重量，取F=100KN。导轨受力如图3-3所示。图3-3导轨整体受力分析导轨受到的力由矩形导轨和三角形导轨共同承担，三角形导轨、矩形导轨受力情况分别如图3-4（a）、（b）所示。(a)三角形导轨受力分析(b)矩形导轨受力分析图3-4导轨受力分析对于三角形导轨，如图3-4（a）所示，有 Pa=FaaL ( Pb=FbbL ( Fa=Fb=F2*cosθ对于矩形导轨，如图3-4（b）所示，有 Pc=FccL ( Fc=F2 (式中Fa、Fb、Fc—导轨面上受到的压力，N;a、b、c—各导轨面宽度，mm；L—动导轨长度，mm;Pa,Pb、Pc—各导轨面上压强，MPa;计算可得Pa=Pb=0.56MPa;Pc=0.5MPa，均小于最大许用压强，满足要求，设计合理。锌锭放置到导轨上，为使锌锭能准确到达指定位置，需对锌锭进行定位。锌锭三维模型如图3-5所示，建立笛卡尔坐标如图，取锌锭长度方向为X轴，宽度方向为Y轴，Z轴平行于模芯轴线。XZXZY由图3-5可见，锌锭两侧面（XZ平面）为一平面，沿X轴方向有凸台。锌锭在导轨上运动，最关键的是沿Y轴方向的定位，如果Y方向有太大偏差，有可能导致冲击功活塞杆击中模芯位置距离模芯中心过远甚至无法击打到模芯，Y方向采用两侧面定位。X方向用凸台的斜坡定位。锌锭底面完全接触定位装置底面，冲击力主要由定位装置底面承受。考虑到锌锭尺寸的误差，同时为了较为方便的将模芯放入定位装置中，定位装置在X,Y方向均比锌锭大4mm。为方便模芯顺利放入定位装置，两侧面的弯折一定角度。定位装置用螺栓固定到动导轨上。定位装置以及其装配关系如图3-6所示。该装置采用Q235钢板焊接而成。(a)定位装置（b）模芯、定位装置、动导轨相对位置示意图（c）定位装置装配关系图3-6定位装置三维图3.3承接模芯装置在冲击缸冲击模芯，完成脱模动作之后，模芯从锌锭中脱出，在重力作用下下落。为使模芯在所有动作完成后便于取出，不能让模芯落入导轨底座中，需设置一箱体置于模芯正下方，来承接模芯。因为模芯从锌锭中脱出后，速度很大，冲击力很大，要考虑缓冲，在箱体底部垫上厚度为20mm的橡胶板缓冲。承接模芯的箱体用螺栓固定在动导轨上。如图3-7所示。（a）承接模芯箱体（b）装配关系图3-7承接模芯箱体及其装配3.4锌锭运动动力装置锌锭通过定位装置固定在导轨上，要使锌锭能在导轨上运动，则必须提供拉（推）力，也就是必须要有动力装置提供锌锭运动的动力。3.4.1使锌锭运动所需拉（推）力及移动距离要使锌锭能沿导轨运动，动力装置需克服导轨间的摩擦力，锌锭由静止开始运动，静摩擦力要大于动摩擦力。对于HT200(180HBS)静止接触时间达到10h后，其静摩擦因数μ[17]。锌锭加上动导轨以及固定装置的重量接近2吨。则动力装置需克服的静摩擦力Ff为： Ff=μN (3-6)可得Ff=6KN 为保证能够可靠工作，动力装置提供的拉（推）力还需要一定余量，取其拉（推）力为7KN。锌锭全长1200mm，为保证锌锭安放方便、两根模芯能在锌锭一次安装后完成脱模，取锌锭移动距离为1300mm。3.4.2动力装置形式的确定可以提供直线运动动力的装置有多种，如滚珠丝杠、液压缸、气缸等。冲击系统用的是液压系统，所以动力系统采用液压缸。锌锭的移动距离为1300mm,加上一定的余量，采用液压缸的行程为1400mm。若采用普通液压缸，活塞完全伸出后整体长度接近3000mm,会导致脱模装置整体长度过长。为缩短机构长度，采用双作用多级伸缩式液压缸。3.4.3多级伸缩式液压缸参数确定多级伸缩液压缸适用于行程大而安装距或总长小的场合，从而在给定的安装空间内实现比单级液压缸更长的行程，在安装空间紧张的情况下得到广泛的运用。常见的伸缩缸级数为2到6级，当压力油从无杆腔进入时，活塞有效面积最大的缸筒开始伸出，当行至终点时，活塞有效面积次之的缸筒开始伸出。伸缩式液压伸出的顺序是由大到小依次伸出，外伸缸筒有效面积越小，伸出速度越快。因此，伸出速度由慢变快，相应的液压推力由大变小；与之相反，缩回的顺序一般是由小到大依次缩回，缩回速度由快变慢，相应的液压推力由小变大。为使液压缸伸出（缩回）过程中，速度和推（拉）力变化不至于过大，伸缩液压缸级数不宜太多；为使液压缸整体长度不至于过长，伸缩液压缸级数不宜太少。综合考虑，取伸缩液压缸级数为三级。则每级行程为总行程的三分之一，即每级行程为467mm。伸缩缸缸径最小的一级拉（推）力最小，应该以最小一级考虑拉力。若采用高一点的工作压力，会使缸径最小一级缸径偏小，伸出后刚性不足；若采用低一点的工作压力，会使每级的活塞杆直径偏大，液压缸整体重量偏大。多级伸缩缸行程、级数、工作压力变化范围大，一般为定制产品，经过与生产厂家（高邮市擎天机械厂）协商，确定伸缩缸参数如下：工作压力：10MPa;伸缩缸级数：3级；伸缩缸行程：总行程1400mm,单级行程467mm；其外形尺寸如图3-8：图3-8双作用三级伸缩式液压缸3.4.4液压系统总体设计第2章的液压系统只考虑了冲击部分，加上锌锭运动动力部分，液压系统图如图3-9所示：图3-9液压系统原理图1-液压站；2-减压阀；3-三位四通电磁换向阀；4-伸缩缸；5-两位四通电磁换向阀；6-液压冲击缸第2章选用的液压站额定压力为21MPa,通过减压阀可以提供10MPa的压力。但液压站的流量是否足够，还不能确定，需重新计算液压泵流量。根据使用要求，液压站需控制液压冲击缸在0.8S内走完全部行程，还要供给伸缩缸在10s左右内走完全部行程。三级液压缸每一级的速度是不同的，第一级最慢，缸径最大，按第一级计算流量。取第一级走完全部行程时间为4s,则根据公式（2-8）可得供给三级伸缩缸所需流量为50L/min，可见之前液压站流量供给不足。因为使用过程中，伸缩缸与冲击缸不会同时运动，只需按两者所需流量的较大值取液压泵流量即可。最大流量等于供给伸缩缸所需流量50L/min。取泵的额定流量为55L/min。根据前面计算结果，经过与生产厂家（深圳市合怡液压机械）协商，最终确定液压站基本参数及性能要求如下：液压站型号：HY-02W+SRW液压泵额定压力：21MPa;液压泵排量：40mL/r；电机功率：7.5KW；电机转速：1440r/min；油箱容量：150L3.4.5伸缩缸的固定与连接伸缩缸提供与导轨平行的推（拉）力，则冲击缸水平安装，在伸缩缸上焊接切向脚架。用角钢和钢板焊接支架，用于固定伸缩缸，支架用地脚螺栓固定在地面上。支架高度为266mm，距离固定导轨300mm。安装时，需保证伸缩缸轴线位于动导轨对称平面上，液压缸轴线与导轨平行。液压缸高度可用垫铁调节，保证能顺利安装连接叉。支架及其安装如图3-10所示。（a）伸缩缸切向脚架（b）伸缩缸固定支架（c）伸缩缸固定示意图图3-10伸缩缸固定方式液压缸前端需要与动导轨连接。在利用冲击缸完成脱芯动作时，产生竖直方向的冲击，为保证伸缩缸不会因为竖直方向的冲击而产生过大的变形，影响伸缩缸的正常使用，伸缩缸与动导轨的连接不能是刚性连接。未达到要求，可采用连接叉，使动导轨与伸缩缸可在竖直平面内做微小的相对转动来减缓冲击。其三维模型如图3-11所示，连接叉分别通过螺纹与动导轨、伸缩缸连接，连接动导轨一端的连接叉与销轴过盈配合，连接伸缩缸一端的连接叉与销轴间隙配合。（a）连接叉三维模型（b）连接叉与动导轨、伸缩缸装配关系图3-11连接叉3.5冲击缸固定装置冲击缸采用前法兰式固定，需一支架将其固定在指定位置。冲击缸在冲击模芯时，会产生接近80KN的冲击力，支架必须要有足够的强度和刚度。用Q235焊接支架，在横梁中间位置焊接小块钢板加强横梁刚度，焊接多块肋板如图3-12（a）所示。用Q235焊接支架底座，用螺栓将其固定到导轨上，并用地脚螺栓固定到地面上。支架与底座通过螺栓连接，可用垫铁调节支架高度，从而调节冲击缸高度。如图3-12所示。（a）冲击缸支架（b）支架底座（c）支架与底座的装配（d）冲击缸固定装置图3-12冲击缸支架及其装配关系3.6模芯位置检测装置锌锭通过伸缩缸提供的动力在导轨上滑动，当模芯运动到冲击缸正下方时，要停止运动，来完成脱模动作。若要依靠人工来控制伸缩缸的运动，精度很难保证，为此要采用模芯位置检测装置，通过电信号来控制伸缩缸运动，从而使锌锭模芯准确到达冲击缸正下方。常见的位置检测装置有机械式行程开关、晶体管接近开关、光电开关。接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点；晶体管接近开关的作用距离短；新型光电开关则克服了它们的上述缺点，而且体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。常用光电开关的分类方法：按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。三种检测方式对比如下[26]：表3-1光电开关检测方式对比检测方式检测体优点缺点对照型（透过型）不透明体可进行长距离的检测（几十米）；检测精度高；能检测小物体光轴调校困难；配线困难镜片反射型透明体不透明体（使用偏光镜片型）光轴调校容易；振动等产生的光轴偏移少；配线容易；检测距离为几米要注意检测物体的反射率；需要反射板漫反射型透明体不透明体可检测透明体检测距离为几十厘米动作距离因检测物体表面状态而异；要注意检测体以外的反射光实际使用中，锌锭宽度为600mm，实际所需检测距离不超过500mm。而且在装置使用过程中支架存在变形，会影响检测装置光轴。采用漫反射型较为合理。选用光电开关参数如下：型号：G30-3A70NA生产厂家：南通杰诺电气设备电源电压：直流，10~30V检测距离：700mm(可调)响应时间：2ms以下工作环境照度：白炽灯光受光面照度3000Lx以下；太阳光受光面照度10000Lx以下工作环境温度:-25℃~+55℃固定方式：M30外螺纹产品外观图如图3-13图3-13G30-3A70NA型光电开关外观图3.7模芯的动力脱模装置整体装配动力脱模装置由六部分构成：滑动导轨、锌锭定位装置、承接模芯装置、锌锭运动动力装置、冲击缸固定装置、位置检测装置。六部分装配如图3-14所示：图3-14动力脱模装置三维模型该装置操作过程为：用吊车将锌锭放置到定位装置上，人工启动伸缩缸，伸缩缸将会拉动锌锭在导轨上滑动，当第一根模芯到达冲击缸下方时，光电开关检测到模芯，发出电信号，伸缩缸停止运动。人工启动冲击缸，完成冲击动作，完成后冲击缸自动返回。人工再次启动伸缩缸，锌锭继续在导轨上滑动，当第二根模芯到达冲击缸下方时，光电开关检测到当第二根模芯到达冲击缸下方时，发出电信号，伸缩缸停止运动，人工启动冲击缸，完成冲击动作。至此，两根模芯完成脱模。人工启动伸缩缸反向运动开关，锌锭回到初始位置，将锌锭、模芯吊走，动作完成。

第4章关键零部件的有限元分析与校核4.1ANSYS简介有限元分析(FiniteElementAnalysis,FEA)的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题，然后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每个单元假定一个合适的（较简单的)近似解，然后推导求解这个域满足的总的条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解。因为实际问题被较简单的问题所代替，所以这个解不是准确解，而是近似解。由于大多数实际问题难以得到准确解，，而有限元分析不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。。国际上著名的通用有限元软件有几十种，常用的有ANSYS、NASTRAN、SAP,ADINA和ALGOR等[27,28,29]。ANSYS公司是世界著名的CAE技术公司，它由匹兹堡大学教授、世界著名的力学分析专家JohnSwanson博士创建于1970年，30多年来始终以有限元数值模拟领导者的身份为广大工程析与工程验证用户服务。ANSYS软件是一个功能强大而灵活的大型通用有限元软件，能够进行包括结构、热、流体、声场、电磁场等多学科的研究，广泛应用于核工业、铁道、航空航天、石油化工、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、家用电器等工业和科学研究领域，是世界上拥有用户最多、最成功的有限元软件之一[27,28,29]。ANSYS提供的分析类型主要有以下几种。1、结构静力学分析2、结构动力学分析3、结构屈曲分析4、热力学分析5、电磁场分析6、流体动力学分析7、声场分析4.2冲击缸支架的有限元校核ANSYS软件内部没有规定单位制，在利用Ansys进行分析时输入输出的所有数据可以使用任意的单位系统，但所使用的单位系统必须是统一的才能得到正确结果。在本章分析中采用Ansys默认单位，即长度单位为mm,弹性模量单位为N/mm2，密度单位为kg/mm3。按这种单位制进行有限元分析，得到的变形尺寸单位为mm，应力单位为MPa[4.2.1边界条件受力条件：液压冲击缸在冲击模芯时，会对模芯有80KN的冲击力，同时冲击缸活塞杆也会受到80KN的反作用力。冲击缸是通过通过四个螺栓固定在支架上的，如图4-1所示。液压缸受到的80KN向上的冲击力会通过与支架接触的四个垫圈施加在支架上。图4-1冲击缸与支架的连接对于支架与每一个垫圈接触处，受到20KN的向上的力，均布在垫圈与冲击缸接触面积上。固定冲击缸选用的螺栓为M12，则对应的垫圈外圈直径为24mm，内圈直径为13.5mm。从而可求得施加在支架上的压强为64.67MPa。位移条件：支架通过螺栓与底座连接，可设支架与底座接触的底面位移为零。单元、单位和其他设定：:有限元单元采用20节点的Solid186,4级精度自由网格划分，长度单位采用毫米，弹性模量2.06×105N/4.2.2.1.导入支架模型(1)在Pro/E中构建支架模型，为了便于ANSYS分析过程中捕捉四个垫圈与支架的接触面，建模时将四个垫圈作为支架一部分如图4-2（a）。将模型保存为IGS格式，在导出IGS的会话框中选择“实体”“小平面”，点击确定，如图4-2（b）。(a)建模过程（b）导出IGES图4-2支架建模与IGS格式模型的导出（2）选择“开始”→“程序”→→ANSYS12.0ProductLauncher命令，启动ANSYS12.0，出现ANSYSMechanicalAPDLProductLauncher窗口。单击FileManagement选项卡，在WorkingDirectory输入栏，单击Browse按钮，选择工作目录；在JobName输入栏输入工作文件名。其他参数默认设置即可，单击Run按钮，运行ANSYS程序。（3）选择实用菜单MainMenu:File→Import→IGES...，找到之前导出的IGS格式模型，导入Ansys。并使用“Plot”菜单中的“Volumes”选项显示实体模型。存储Ansys数据库Toolbar:SAVE_DB,存储数据库。设定分析模块(1)选择主菜单MainMenu:Preferences.(2)选择Structural.(3)选择OK。4.2.2.4设定单元类型相应选项(1)选择主菜单MainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete(2)在单元设置对话框中，选择Add…。(3)左边单元库列表中选择Solid。(4)在右边的单元列库表中选择20Solidl86。(5)选择OK接受单元类型并关闭对话框.(6)选择Close关闭单元类型对话框。定义材料属性(1)选择主菜单MainMenu:Preprocessor→MaterialProp→MaterialModels。(2)在出现的对话框中依次双击Favorites,linearStatic.Density，在DENS框中输入7.85e-6，点击OK关闭窗口。(3)再点击LinearIsotropic，在EX框中输入2.06e5，在PRXY框中输入0.3.(4)选择对话框的菜单MaterialProps→Exit关闭对话框。保存Ansys数据库Toolbar:SAVE_DB4.2.2.7对几何模型划分网格(1)选择主菜单MainMenu:Preprocessor→MeshTool。(2)选择精度为4。(3)选择Mesh。(4)在弹出的对话框中点击PickAll。4.2.2.Toolbar:SAVE_DB4.2.3加载分析定义分析类型选择MainMenu:Solution→AnalysisTyoe→NewAnalysis命令，选择Static进行静力分析。4.2.3.2定义位移约束选择主菜单MainMenu:Solution→DifineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnAreas命令，选择与底座接触的支架底面，如图4-3所示。在ApplyU,ROTonNodes对话框中单击OK按钮，在弹出的对话框中约束所有的自由度，即AllDOF设置为0。图4-3选取固定底面图4-4选取施加载荷区域4.2.3.3施加载荷选择MainMenu:Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Pressure→OnAreas,选取垫圈的下表面，如图4-4所示。在ApplyPRESonAreas对话框中单击OK，在弹出的对话框中IfConstantvaluethen:VALUELoadPRESvalue，点击OK确定。即施加了64.67MPa压强。4.2.3.4求解选择MainMenu:Solution→Solve→CurrentLS命令，进行求解。4.2.3后处理4.2.3.1进入通用后处理读取分析结果选择主菜单MainMenu:GeneralPostproc→ReadResult→FirstSet。4.2.3.2查看求解结果(1)综合变形图。选择MainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→Nodalsolu→DOFSolution→displacementvectorsum命令，就可以得到支架的总体变形图，如图4-5所示，图中单位为毫米。图4-5支架综合变形变形最大处为安装冲击缸位置，如图4-6所示。图4-6支架支架综合变形最大位置(2)支架x向变形图。选择MainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→Nodalsolu→DOFSolution→X-Componentofdisplacement命令，就可以得到支架X向变形图,单位为毫米。如图4-7所示。图4-7支架X向变形X向变形最大处为焊接肋板处，如图4-8所示图4-8支架X向变形最大位置(3)支架y向变形图。选择MainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→Nodalsolu→DOFSolution→Y-Componentofdisplacement命令，就可以得到支架Y向变形图,单位为毫米。如图4-9所示。图4-9支架Y向变形Y向变形最大处为固定冲击缸处，如图4-10所示图4-10支架Y向变形最大位置(4)支架Z向变形图。选择MainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→Nodalsolu→DOFSolution→Z-Componentofdisplacement命令，就可以得到支架Z向变形图,单位为毫米。如图4-11所示。可见Z向变形较小。图4-11支架Z向变形(5)支架x向应力云图。选择MainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→Nodalsolu→Stress→X-Componentofstress命令，就可以得到支架x向应力云图，如图4-12所示。单位为毫米。图4-12支架x向应力云图支架x向最大拉应力和最大压应力分别分布在横梁固定冲击缸处的上表面和下表面。如图4-13所示。（a）最大拉应力位置（b）最大压应力位置图4-13X向最大应力位置(6)支架Y向应力云图。选择MainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→C