20000kn单动液压机上横梁结构分析及优化设计.doc

20000KN单动液压机上横梁结构分析及优化设计（本科毕业论文设计）

1.1液压机概述
液压机是利用帕斯卡定律制成的利用液压传动技术进行压力加工的机械设备，种类很多。是制品成型生产中应用最广泛的设备之一，与其他压力机相比，它具有压力和速度可在大范围内无级调整、可在任意位置输出全部功率和保持所需压力、结构布置灵活、各执行机构可很方便地达到所希望的动作配合等优点。因此，液压机在我国国民经济的各行各业，尤其是塑性加工领域得到了日益广泛的应用。
根据需要液压机可分如下种类。按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。水压机产生的总压力较大，常用于锻造和冲压。锻造水压机又分为模锻水压机和自由锻水压机两种。模锻水压机要用模具，而自由锻水压机不用模具。液压机按结构形式现主要分为：四柱式、单柱式、卧式、立式框架等。按用途主要分为金属成型、折弯、拉伸、冲裁、粉未成型、压装、挤压等。
1.2液压机设计理论的发展过程
影响液压机质量的因素很多，其中液压机的设计水平是一个非常关键的因素。液压机设计的重点是机架设计，这是由于机架的受力和结构特点而决定的。液压机本体是液压机的重要组成部分，其重量约占整机重量的60%以上，液压机本体的设计水平，对液压机的制造成本，技术性能和使用寿命有着决定性的影响。
液压机设计理论和方法的发展主要经历了经验设计，数值设计，优化设计几个阶段。
经验设计阶段主要利用材料力学简化的方法计算主要部件的强度和刚度，把机架简化为材料力学范畴的平面钢架，把横梁简化为材料力学范畴的简支梁，然后按照材料力学的方法进行强度，刚度校核。尽管确认的结构大多数被实践证明是安全的，但在设计周期长，结构余，材料使用偏保守等弊端，致使产品重量大，成本高，效益低，削弱了产品竞争力，而且缺乏对设计结果合理性的验证，计算结果常常与实测值相去甚远。
数值设计阶段，设计者把整个机架或单个的横梁作为研究对象，将它们视为空间板梁组合结构，利用精度较高的有限元进行整体结构分析，分析结果的准确性和可靠性大大提高，这在液压机设计史上是一个非常大的进步
优化设计阶段，人们把结构优化设计方法 引入液压机设计，使设计从安全校核转变为优化设计，基于有限元的优化方法能从各种可能的结构设计方案中寻找比较完善的或比较合理的方案，使材料分配趋于合理，实现了液压机设计的又一次飞跃。
1.3有限元分析方法
有限单元法 是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法，是矩阵方法在结构力学和弹性力学等领域中的发展和应用。它是首先在连续