JD31-160压力机机身动态特性分析及结构优化设计

郭艳君，陈培丽

（山东英才学院，山东 济南250104）

1 JD31-160压力机机身动态特性分析

（1）机身三维模型建立。首先在Solidworks 中建模，然后把模型格式另存为X_T 格式，导入Ansys。图1 是导入后的Ansys 模型。

图1 JD31-160压力机机身三维模型

（2）施加材料特性。机身材料选用45 号钢，材料结构组织比较一致，没有出现裂纹，具有0.5%的含碳量，抗磨性能好，材料密度7.85g/cm3，波松比0.269，弹性模量210GPAa。

（3）确定分析类型。点击Solution→Analysis→New Analysis，在New Analysis 菜单窗口中确定分析类型为Modal，单击OK。

（4）施加边界条件。将前底面的各4 个与地面接触的底板都使用6 个自由度全部位移予以约束。

（5）选择单元类型。选用Solid45 单元来划分网络，Solid45 单元定义了8 个节点，每个节点具有三个移动自由度。

（6）网络划分。采用自动划分网络划分模型,得到压力机的有限元模型如图2 所示。共生成16223节点，67920 单元。

图2 JD31-160压力机机身的网格划分

（7）机身后处理。用Ansys 软件处理有限元问题时，建立有限元模型并求解后，并不能直观地显示求解结果，必须用后处理器才能显示和输出结果。Ansys 软件的后处理过程包括两个部分：通过后处理模块POST1 和时间历程后处理模块POST26。通过友好的用户界面，可以很容易获得求解过程的计算结果并对其进行显示。这些结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度及热流等，输出形式可以有图形显示和数据表两种。

（8）查看模态变形图，如图3 所示。

第一阶的振动形态为：应力分布主要集中在机身顶部，应力从上到下逐渐减小，机身下部不动，顶部沿x 方向左右摇摆。由于上半部分和下半部分的摆动的幅度不同步，上边幅度大而下边幅度小，所以易引起打击中心的左右错位，滑块中心与工作台面接触不好，影响模具的使用寿命，加工工件质量较差。固有频率为35.857Hz。

第二阶的振动形态为：底部不受力，应力分布比较均匀，顶部受到较多的应力，机身没有明显的变形。固有频率为50.547Hz。

第三阶的振动形态为：机身顶部的两侧受力较为明显，顶部绕着z 轴方向前后扭动。使机身顶部的轴容易断裂。固有频率为82.704Hz。

图3 模态振型图

第四阶的振动形态为：机身前部两端受到应力作用，所以机身前后摆动。固有频率增加较快。固有频率为183.033Hz。

2 JD31-160压力机机身优化设计

2.1 机身优化意见

压力机动态优化的目的是使其固有频率尽量避开其激振频率，为此有以下两点优化意见：①压力机床身的弹性模态频率应避开电动机经常工作频率；②压力机机身的低阶固有频率应避开压力机的工作频率。

从该压力机机身前十阶的振型图可以看出，由于机身顶部受到的应力较为集中，该部分的振动较大，从能量的角度来看该部分的局部结构动能比较明显，是需要加强的地方，所以为了改善机身性能，在该机身底部左右两边各加了两块筋板。

根据该压力机参数可知其电动机转速为130～1400min-1，因此电动机的工作频率为2.2Hz～23.3Hz，压力机滑块行程次数为40min-1，故压力机的工作频率为0.67Hz，实际工作中压力机机身的各阶固有频率远远大于其工作频率，因此对于JD31-160压力机机身的动态特性的优化设计就是进一步增加其固有频率.使其进一步远离压力机的工作频率，避开电动机经常工作的频率。

2.2 优化后的模态振型图（图4）

2.3 优化前后固有频率对比（表1）

从表1 可以看出，JD31-16O 压力机机身优化后各阶段的固有频率有所提升，说明优化后各阶段的固有频率进一步远离了机身激振频率，本次优化比较成功。

图4 优化后模态振型图

表1 优化前后固有频率对比表

3 小结

通过Solidworks 建立了JD31-160 闭式压力机机身的三维模型，再运用Ansys 有限元分析软件对机身模型进行模态分析，得出压力机机身的固有频率和固有振型。从中找出机身上的薄弱环节，并对薄弱部分进行优化，使其固有频率尽量远离其工作频率，避免共振发生。

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