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針對剪切機機架的各部分應(yīng)力變形未知的現(xiàn)實，采用計算機輔助工程(CAE)軟件ANSYS對機架進行了三維應(yīng)力有限元分析，找出了其薄弱環(huán)節(jié)，并用實驗方法對分析結(jié)果進行了驗證。
圖為機架整體圖，為了精確揭示機架的應(yīng)力、變形情況，在建模時，考慮到機架的結(jié)構(gòu)具有對稱性，雖然結(jié)構(gòu)的受力不完全對稱，但在傳動側(cè)的右半片機架的受力大些，所以在對結(jié)構(gòu)進行有限元分析時，只分析受力比較危險的右半片機架。因為結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以采用20節(jié)點的三維實體單元SOLID95進行剖分，模型共劃分14407個單元、23649個節(jié)點，如圖。機架的材質(zhì)為HT15-33，其彈性模量為120000MPa，泊松比為0.25。
如圖所示，機架受力為：曲軸傳給機架的力(P1x、P1y)、螺栓對機架突出部分的壓力(P2)和剪切力通過下刃臺傳給機架底座的壓力(P3)。其中，曲軸對機架的作用力按均布載荷施加；螺母對機架的壓力和剪切力通過下刃臺傳遞給機架底座的壓力都是按均布載荷施加。
由于機架底座是用螺栓固定在地基上，不產(chǎn)生移動和轉(zhuǎn)動，所以底座按全約束處理；機架沿z軸方向左右對稱，所以對稱斷面的z方向的位移被約束。
以剪切材質(zhì)為SS400的被剪切件為例進行機架的三維有限元計算和分析，最大剪切力的數(shù)值按94189.5N輸入(由實測得出)，而經(jīng)過曲柄連桿系統(tǒng)及曲軸折算出的P1x、P1y、P2、P3的值如下：
機架的第一主應(yīng)力基本上都為拉應(yīng)力，即e1>0，只有在機架底座上幾處出現(xiàn)第一主應(yīng)力為負(e1<0)的地方，即為壓應(yīng)力，但其值非常小，最大值為6.093MPa，如圖，第一主應(yīng)力的具體分布規(guī)律如下：
(1)立柱上第一主應(yīng)力分布規(guī)律 立柱右側(cè)第一主應(yīng)力沿y軸正方向逐漸減小，機架與凸臺連接處附近，第一主應(yīng)力又有所增加，但最大的第一主應(yīng)力出現(xiàn)在立柱與底座的相交處，其值為63.326MPa，遠遠大于最大壓應(yīng)力的值6.093MPa，對于鑄鐵這樣的材質(zhì)是非常不利的；沿立柱的左側(cè)第一主應(yīng)力的值基本上不變，只是在立柱與底座的相交處出現(xiàn)了壓應(yīng)力。
(2)頂蓋上的第一主應(yīng)力分布規(guī)律 頂蓋上受力既有拉應(yīng)力，也有壓應(yīng)力，但其數(shù)值都是比較小的，處于相對安全情況。
(3)底座上的第一主應(yīng)力分布規(guī)律 底座上的受力既有拉應(yīng)力，也有壓應(yīng)力，而且在與立柱相交處的應(yīng)力值較大，該處比較危險，但其值仍小于立柱上最大受力處的值。
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