基于SolidWorks的大型锻压机上横梁建模与应力分析

1 前言

    上横梁是大型锻压机的关键零部件之一，上横梁单件重量往往达上百吨，甚至几百吨。由于其结构复杂，如果不借助应用于计算机技术的三维建模软件和高效的有限元分析软件很难定性、定量地分析出其外部壳体及内部筋板的受力情况和变形情况，也无法验证出其结构设计的正确性、合理性。

    SolidWorks作为一种主流的三维设计软件，操作简便，功能强大，在参数化特征造型、曲面造型和机械装配功能方面尤为突出。COSMOSXpress是SolidWorks中提供的用于零件应力有限元分析的高效工具，具有计算速度快、占用磁盘空间少、使用方便、分析功能全面、与其他CAD/CAE软件集成性好等优点。

    使用COSMOSXpress可以在三维设计环境中对零件应力分布情况有直观的了解，对设计的缺陷和薄弱环节进行及时的修改，提高设计质量及零件的可靠性。

2 上横梁的结构

    上横梁位于锻压机主机顶端，在梁的四个角上是压机的四个立柱插入孔，上横梁装在立柱上通过螺母压紧，梁中部是三个主工作缸安装孔。整个梁的结构俯视完全呈对称结构，这种布置使梁在工作状态下其内部力的传递分布更合理。

3 上横梁的精确建模

    建立上横梁三维模型时，由于后面还要根据应力分析结果对零件结构进行优化设计，在优化过程中对尺寸参数可能要作多次的修改，所以在造型的过程中必须对零件建模草图的几何约束和尺寸约束作完全定义，使得某个结构特征的尺寸修改后，其它相关联尺寸将随着这个尺寸的改变而改变，系统将随之生成具有所需足寸的相关特征，实现三维设计的尺寸驱动。对于具有对称性特征的零件在建模时只需要做零件的一部分，然后用实体镜像完成。

    在锻压机上横梁建模过程中，对零件的草图尺寸作完全定义，方便在后续优化设计时，只需修改尺寸，就可以很快得到新尺寸的零件。该件具有对称特征，开始建模的时候只需要做出四分之一建模草图（图1），再通过拉伸、放样、切除等做出梁的四分之一模型（图2），最后通过镜像操作完成。利用SolidWorks根据设计计算建立的锻压机上横粱三维模型如图3所示。

    图1 大型锻压机上横梁建模草图

    图2 大型锻压机上横梁四分之一模型

    图3 大型锻压机上横梁