成形铣齿机床立柱筋板结构优化设计.pdf

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1、第l1期机械设计与制造2012年11月MachineryDesign&Manufacture149文章编号：1001—3997(2012)11-0149—03OfFOrmincIMillinqMachineZHOUZi—yang，HONGRong-jing，YUANHong(CollegeofMechanicalandPowerEngineering，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing210009，China)【摘要】针对某型成形铣齿机床的结构特，占、，运用有限元设计方法，建立

2、了立柱的三维有限元模型，并利用ABAQUS软件进行静力分析，提出四种不同筋板布局的立柱结构和原立柱进行对比，发现新井字筋立柱的质量刚度比最优，原井字筋立柱次之，而交叉筋立柱的质量刚度比最差。通过参数灵敏度分析，对新井字筋立柱结构和原井字筋分别进行尺寸优化，其中未优化前的新井字筋立柱比原井字筋立柱减重1．1％，最大变形量减小了7．5％，一阶固有频率上升10．8％；经过优化后的新井字筋立柱比原立柱减重18％，最大变形量增加了3．98％，一阶固有频率上升11．28％。关键词：立柱结构；筋板结构；静应力分析；有限元；灵敏度分

3、析【Abstract】Accordingtostructurecharacteristicsforacertaintypeofformingmillinggearmachine，apillarofthreedimensionfiniteelementmodelWaSdesignedbyusingthefiniteelementmethod，andthenfourdifferentkindsofcolumnstructurewereputforwardtobecomparedwiththeoriginalcolumns

4、tructurebyusingABAQUSsoftwarestaticanalysis．Intheend，thequali~stifnessratioofthenewWellswordcol-umnstructureWaSfoundtobetheoptimal，theoriginalwellwordcolumnstructuretookthesecondplace，andtheOneofthecolumnstructurewithcrossstiffenedplateWaStheworst．ThenewWellswo

5、rdcolumnstructureandtheoriginalWellswordcolumnstructureWaStakensizeoptimizationrespectivelybyusingsensitivityanalysis．Comparedwiththeoriginalwellwordcolumnstructure，theweightofthenewWellswordcolumnstructurewithoutoptimizationislightedby1．1％．andthebiggestdeforma

6、tionreducedby7．5％．andthefirstnaturalfrequencyincreasedby10．8％．Comparedwiththeoriginalwellwordcolumnstructure，theweightofthenewWellswordcolumnstructurewithoptimizationislightedby18％，andthebiggestdeformationincreasedby3．98％，withthefirstnaturalfrequencyincreaSedby

7、l1．28％．KeyWords：ColumnStructure；StiflenedPlate；StaticStressAnalysis；FiniteElement；SensitivityAnalysis中图分类号：TH16；TG61+I文献标识码：A承受复杂的空间载荷：立柱自重为均部载荷；拖板及主轴箱等的1引言自重为集中载荷；切削力的大小方向为可变外载荷。其中立柱自机床立柱结构连接拖板和床身，是铣齿机床刚度的主要影重将通过对立柱施加重力加速度来施加；集中载荷将通过平移对响部件之一。立柱结构的尺寸和内部筋板的布置形式，

8、对机床的立柱顶部施加正压力和弯矩来完成；切削力通过主轴箱、拖板最整体性能影响较大。在机床结构设计领域，一些科研人员【运用拓扑优化方法对立柱筋板结构进行了改进，提高了立柱结构的终传递到立柱与拖板连的那部分竖直导轨上，这部分力会被分解静、动态性能。成对立柱导轨的压力和弯扭矩。使用Pro／E软件建立铣齿机床立柱的三维模型，运用=G1+G2+(1)(2