0 引言

　　隨著機械設計技術的不斷進步，隨著計算機軟、硬件水平的不斷提高，數值計算科學的成熟，近年來各種CAD/CAM/CAE軟件普遍集成了有限元法的思想，基本實現了設計、分析、制造一條龍的機械產品輔助設計制造體系。本文就某液壓支架試驗臺一關鍵件的強度分析及由此完成的設計修改進行了敘述，適時預防了可能發生的安全隱患。

　　1 液壓支架試驗臺總體樣式及承載方式

　　該液壓支架試驗臺采用了內加載框架式結構，總體外觀如圖1所示。

　　圖1 液壓支架試驗臺整體結構

　　試驗時將液壓支架安放于試驗臺內部，頂梁、底座是在壓架試驗中和液壓支架直接接觸部分，當系統施壓時，力將通過框架上的4個銷子進行傳遞，銷子作為傳力部件又將力傳遞到銷座上再傳給框架，所以銷座的強度是否足夠直接關系到試驗臺的設計質量和使用安全性。因此，對于精確完成后的三維實體模型，利用SolidWorks軟件集成的COSMOSWORKS有限元軟件對各主要部件進行了強度分析，其中銷座的強度分析過程如下。

　　2 銷座有限元分析參數定義

　　由于該件受力較大，設計時選用了ZG35Mn材料，分析過程中首先將該材料的彈性模量、泊松比、抗剪模量、張力強度、屈服強度、以及密度按照要求輸入系統。參數值如表1所示。

　　表1 材料參數表

　　根據結構特性進行受力分析可以發現，零件的A面(圖2)和頂梁緊密接觸，兩個零件通過兩個銷孔以及12條螺栓連接，B面上的孔用來安裝插拔銷子，所以，在A面及該面各孔上應施加完全約束;在銷孔上根據銷座的安裝方向施加軸承載荷(如圖3所示)。軸承載荷的大小取決于試驗過程中采用的不同工況，該工況嚴格按照《MT312-2000液壓支架通用技術條件》規范執行，該試驗臺要求最大承載2000 t，故而分析過程中從所有工況中選取銷座最惡劣的工作狀態完成。

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　　圖2 銷座受力面分析

　　圖3 銷座約束與受力分析

　　施加完合理約束以及載荷后，設置合理的網格參數，對實體進行分網操作，網格成功劃分后即可執行有限元運算。

　　3 銷座有限元分析結果

　　圖4、圖5分別是有限元分析過程結束后采集到的應力、位移結果。

　　圖4 銷座應力分析結果

　　圖5 銷座位移分析結果

　　從圖4分析結果可以看出，銷座最大應力存在于B面和C面的轉角處，此處初始設計時受到結構限制不能取更大的圓角，因而造成工作過程中產生較大的應力，最大應力值為996.2 MPa，而該材料的σs=345MPa，σb=570MPa,可見應力水平已經遠遠超過材料的屈服極限和強度極限，工作過程中將會發生不可預料的危險。

　　圖5顯示出了銷座受力后的變形情況。

　　通過上述模擬分析,可見即使在靜態載荷的作用下，結構已經處于非常危險的狀態。如果考慮到試驗過程中的反復打壓試驗，機件真正受到的載荷是疲勞載荷，還應進行疲勞強度校核。因此必須以此為依據重新更改設計。

　　新設計中，首先把圓角半徑加大，同時將兩條加強筋的位置以及尺寸進行了重新布置，更改后重新進行上述分析，使得應力程度大幅度降低，而且降到了材料屈服極限以下。

　　4 結語

　　CAD技術是高效、直觀的設計手段，CAE則是對設計參數進行檢測的科學方法，在設計過程中，做到二者相輔相成、有機結合，必將起到事半功倍的設計效果。