基于Solidworks Simulation焊线机平台频率分析优化设计

解耦板是焊线机XY平台的关键运动部件,其性能直接影响焊线机的焊线速度和焊线品质.同时,对其质量也有一定的要求.采用Solidworks Simulation频率分析软件,根据优化结果和实际经验,对模型进行多次修改,建立解耦板最终优化模型.结果表明:优化后的解耦板在其质量增加不大的情况下,改变了解耦板的固有频率,提高了其动态性能.     

基于等效静态载荷法的机床溜板箱结构优化

高速高精密机床要求运动部件在满足一定的自振频率及静刚度的前提下尽量降低质量,以提高机床的加工精度与加工效率,减小驱动功率,降低机床的能耗。文中以某型号锥齿轮磨齿机溜板箱为研究对象,采用分层优化方法对结构进行轻量化设计。首先采用等效静态载荷法,以结构静刚度最大为优化目标,设计结构的筋板最优布局;然后再用尺寸优化方法,以溜板箱的质量为优化目标,约束溜板箱的自振频率,以筋板的厚度为设计变量进行优化设计。与原模型相比,优化后的溜板箱质量减少了3.4%,而1阶固有频率增加了30.8%,结构静刚度基本不变。研究表明,采用提出的分层优化方法,综合应用结构拓扑优化和尺寸优化技术,可得到具有良好动静态性能的轻量化运动部件结构。     

二自由度大行程无耦合压电粘滑定位平台

针对微操作与微装配任务对多维大范围精密定位运动的需求,采用粘滑驱动原理并结合压电柔顺机构设计二自由度、大行程、无耦合并联定位平台。利用桥式机构对内置压电驱动器进行位移放大,并与复合解耦结构配合构成二维柔顺驱动机构。交叉滚柱导轨则连接移动台与驱动机构,并通过预紧螺钉调整接触摩擦力,进而获得良好的粘滑运动特性。采用有限元法建立定位平台的静力学模型,并对位移放大倍数、应力和固有频率进行仿真分析。最后,搭建实验测试系统验证定位平台的输出性能。实验结果表明：在扫描驱动模式下,驱动电压为150 V时,平台x和y向的输出位移分别为63.84μm和62.61μm,耦合比为0.52%和0.59%,分辨率为6.5 nm和7.2 nm;在步进驱动模式下,驱动电压为120 V时,平台在x和y向的单步位移分别为47.31μm和47.20μm,耦合比为0.69%和0.73%,x正向、x反向、y正向和y反向的运动分辨率分别为0.49,0.47,0.47和0.42μm,最大垂直负载为50 N,设计的压电粘滑定位平台满足所需性能要求。     

基于拓扑优化与多目标优化的机床底座结构设计

为了在底座初期设计时尽可能减轻其质量、降低静应力变形、提高其固有频率,首先基于变密度法,建立以底座质量为优化目标函数,静应力变形和固有频率为约束的拓扑优化数学模型,实现1次优化;然后基于响应曲面法,建立以底座质量、静应力最大变形量和1阶固有频率为目标函数与约束条件的多目标优化模型,实现2次优化。分析两次优化的有限元结果:相比于1次优化,2次优化后的底座质量减轻2.5%,静应力变形量降低16.2%,1阶固有频率提高6.0%。     

基于模态灵敏度分析的机载控制台尺寸优化

机载控制台杆件较多,结构复杂,尺寸优化过程中设计变量较多,在尺寸优化前必须对其进行灵敏度分析。以多目标拓扑优化后的某机载控制台下台体为研究对象;以下台体各构件的厚度尺寸作为设计变量;以质量为约束条件;以第一、第二阶固有频率作为优化目标进行灵敏度分析。获得了下台体第一、第二阶模态频率及质量对杆件厚度的灵敏度变化情况及第一、第二阶固有频率相对于质量的灵敏度值。以下台体质量作为优化目标函数;结构第一、第二阶模态频率作为约束条件;选择第一、第二阶模态频率对质量的灵敏度绝对值较大的杆件厚度尺寸作为设计变量进行尺寸优化。分析结果表明,尺寸优化后结构的低阶固有频率明显提高,质量稍有减少,具有较好的动态性能。为下台体结构尺寸的确定提供依据。     

平车车体结构优化与分析

以某平车为研究对象进行静强度有限元分析,利用灵敏度分析的方法计算一阶垂弯灵敏度、位移灵敏度、质量灵敏度和应力灵敏度,并计算出对应的相对灵敏度。利用子模型技术切割整体模型,减少了优化时间和工作量。以轻量化为目标,根据相对灵敏度信息,从13个构件中选出9个构件,并以这9个构件的厚度作为设计变量对车体进行结构优化。优化后车体质量减轻1.53%,满足了车体运行的安全性。     

基于多目标的磨床床身结构优化设计

在充分考虑磨床床身动静态特性及床身整体质量的前提下,针对某型号五轴联动数控磨床床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸的最优化选取,提出了一种基于多目标优化理论基础、以优化过程中床身最大静变形为约束、以床身整体质量及一阶固有频率为优化目标的床身结构优化设计方法.利用ANSYS Workbench软件进行有限元分析及优化,并通过灵敏度分析得到影响磨床床身动静态特性及床身整体质量的参数的权重占比,确定磨床床身在动静态特性下的薄弱环节及主要影响参数;在不改变床身基本尺寸的条件下,对床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸进行优化,根据寻优结果,得到了床身的最佳优化方案.最终仿真结果表明,在床身整体质量减少40.4 kg的情况下,其最大静变形减小11.3％,一阶固有频率提升了 4.2％;与传统优化方法中提升固有频率、减小最大静变形量往往会造成床身整体质量增加的结果相比,该方法更为有效.     

基于多目标的磨床床身结构优化设计

在充分考虑磨床床身动静态特性及床身整体质量的前提下,针对某型号五轴联动数控磨床床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸的最优化选取,提出了一种基于多目标优化理论基础、以优化过程中床身最大静变形为约束、以床身整体质量及一阶固有频率为优化目标的床身结构优化设计方法.利用ANSYS Workbench软件进行有限元分析及优化,并通过灵敏度分析得到影响磨床床身动静态特性及床身整体质量的参数的权重占比,确定磨床床身在动静态特性下的薄弱环节及主要影响参数;在不改变床身基本尺寸的条件下,对床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸进行优化,根据寻优结果,得到了床身的最佳优化方案.最终仿真结果表明,在床身整体质量减少40.4 kg的情况下,其最大静变形减小11.3％,一阶固有频率提升了 4.2％;与传统优化方法中提升固有频率、减小最大静变形量往往会造成床身整体质量增加的结果相比,该方法更为有效.     

卧式加工中心床身结构特性分析及轻量化设计

以某型卧式加工中心床身为研究对象,利用有限元法对其进行静动态特性分析。为了达到减少质量的目的,以床身的壁厚及筋板的纵向、横向厚度作为设计参数,对其进行正交试验,利用最小二乘法对试验数据进行处理,得到床身的质量、最大变形量、最大应力和前4阶固有频率的响应面模型。然后,以床身质量最小为优化目标,以最大变形量、最大应力和前4阶固有频率保持不变为约束条件,利用逐步二次规划法对目标函数进行求解,完成尺寸的优化。优化结果表明,在床身静动态特性基本不变的情况下,床身质量减少了5.01%。     

并联式椭圆振动切削装置的设计与优化

现有的椭圆振动切削装置普遍具有运动耦合现象,这直接影响了椭圆振动切削装置的加工性能。文中设计了一种并联式椭圆振动切削装置,建立了该装置的运动学模型,揭示了装置形成椭圆运动的工作原理。对装置进行有限元分析,得出现有装置的静力学性能。随后对该装置结构进行优化设计,优化后的装置解耦效果大大提高,利用响应面法对改进后的装置尺寸进行优化。通过对优化后装置进行有限元分析,对比了优化前后基体的最大行程和1阶固有频率,结果显示在保证刚度和材料许用应力的前提下,优化后的装置行程和1阶固有频率均得到了提高。相比于现有的椭圆振动切削装置,该装置实现了运动的解耦,大大提升了加工性能。     

基于ANSYS的主轴箱优化设计

以数控加工中心主轴箱为研究对象,利用SolidWorks建立三维模型,并用ANSYS分析主轴箱在最恶劣工况下的受力情况。对主轴箱进行模态分析,提取了前四阶固有频率及振型图。根据静动态特性分析结果,结合主轴箱几个关键尺寸对结构静刚度和重量的影响,进行了优化。对优化后的主轴箱进行了静动态特性有限元分析,主轴箱重量减少了39.8 kg,变形和应力也得到了降低,前四阶固有频率大幅提高。优化后的主轴箱静动态特性都得到了显著提高。     

基于拓扑优化的高速精密数控车床床鞍设计

为满足现代数控机床的高精度、高效率、高速度要求,提高机床基础部件的静、动态性能及轻量化设计,基于有限元拓扑优化方法,以ADGM高速精密数控机床关键部件床鞍为对象,对其结构进行了优化设计。首先基于变密度法建立以床鞍质量为目标函数,静刚度和固有频率为约束的拓扑优化数学模型,然后依据拓扑优化结果获得床鞍最佳结构布局;最后在床鞍最佳布局基础上,按照真实设计需求形成工程设计方案,并完成床鞍的整体设计。结果表明,与原有设计方案相比,新设计方案在床鞍质量减少13%的情况下,最大位移降低幅度超过6%,床鞍一阶固有频率提高8%,床鞍二阶固有频率提高7%,床鞍三阶固有频率提高6.7%。验证了上述方法的有效性,为机床基础部件设计提供了理论依据。     

龙门加工中心横梁轻量化设计

机床横梁的静动态性能对机床的加工精度影响很大,因此需要对横梁进行优化设计以提高其静动态性能。对原横梁进行有限元分析,并对横梁筋板结构、横梁支撑导轨面结构进行了优化设计。对比优化前后横梁的静力学特性和模态特性,优化后的横梁在最大应力和一阶固有频率基本不变的情况下,其中质量减轻最为明显,减轻了499 kg,最大变形量减少了7.84%,轻量化效果明显,提高了横梁性能。     

大型螺纹磨床拖板动静态特性分析及结构优化

采用SolidWorks建立某大型螺纹磨床拖板的三维模型,并借助ANSYS对其结构进行了模态分析,给出了拖板前三阶固有频率和相应振型,识别了该拖板结构的薄弱环节。在此基础上,以拖板结构固有频率及最大相对位移量为优化目标,同时考虑设计重量,提出该拖板结构四种改进方案,通过对各种方案分析比较确定结构综合优化方案并对其进行相应的静刚度校核确定最终优化方案。优化后的拖板与原型相比,重量基本保持不变的情况下,前三阶固有频率均有大幅提高,其中第一阶固有频率提高13.71%,对应的一阶振型的最大相对位移量减小18.54%;位移变形最大值减小65.3%,最大等效应力值减小了11.4%,从而实现了拖板的动静态特性分析与优化。对大型机床拖板的结构优化设计有着较大的借鉴意义。     

基于ANSYS Workbench的龙门式加工中心横梁的轻量化设计

用Solid Works三维软件建立龙门式加工中心横梁结构的立体几何模型,其中横梁内部的筋板布置采用"O"型筋板,按照分析方案的设计,将三维模型导入到ANSYS Workbench中进行静力学分析以及模态分析,分别得到其静变形参数和前六阶模态振型;通过灵敏度分析得出最终设计变量,就是以横梁上下左右壁厚、中间O型筋板、后壁筋板、两边O型筋板厚度为设计输入变量;以横梁质量、横梁总变形、横梁一阶固有频率为设计输出变量,得到筋板最优尺寸参数。使其横梁结构总变形减少16.02%,1阶固有频率提高2.94%,质量减少129.9 kg,占比8.3%,实现了龙门式加工中心横梁结构的轻量化设计。     

电动车2AT变速箱壳体拓扑优化与改进设计

为了保证结构在强度和稳定性不减弱的前提下达到轻量化的效果,以某车企自主研发的新型2AT变速箱壳体为研究对象,建立其有限元模型并对它进行静力分析和模态分析。然后基于分析结果,以位移、应力、一阶固有频率和体积比为约束,以组合应变能指标为目标对壳体进行动静态联合拓扑优化。最后基于优化结果,综合考虑制造工艺等要求对结构进行详细的改进设计。改进后的结果表明:结构强度和一阶固有频率均得到有效改善,同时变速箱壳体质量由8.238 kg减为7.529 kg,减轻了8.6%,达到了轻量化的目的。     

某挖掘机动力总成悬置系统隔振性能优化

为提高某挖掘机动力总成悬置系统隔振性能,以悬置系统的六阶固有频率和解耦率为优化目标,以悬置静刚度为设计参数,对悬置系统固有频率和解耦率进行优化。结果表明,优化后悬置系统各阶固有频率分配更加合理,垂直方向和绕曲轴方向解耦率得到显著提高。按照悬置优化方案制作样件,装车测试得到怠速和最高转速工况下的隔振率达到85%,基本满足工程实际要求。提出的优化方法对改善工程车辆动力总成悬置系统隔振性能具有一定的参考价值。     

基于多目标的刨切机床身结构优化设计

以某数控刨切机床身为研究对象,提出一种基于灵敏度分析与结构优化设计相结合,以床身质量、最大静变形和一阶固有频率为优化目标的床身优化设计方法。建立床身有限元模型,对其进行动静态特性分析,通过对床身主要设计参数进行拉丁超立方试验设计,在此基础上,对各设计参数进行灵敏度分析并建立响应面模型,确定影响床身质量和床身动静态特性的关键参数,运用多目标优化算法对床身进行优化求解,根据优化结果,得到最佳优化方案。结果表明:床身质量减少 5.82% ,最大静变形减小 6.71% ,一阶固有频率提高 6.11% ,该优化方法在提高床身动静态特性的基础上,减轻了床身质量,为床身优化设计提供理论参考。     

机床床身结构综合优化设计技术

针对目前常用的内部布置加筋板的箱型床身结构,提出一种同时考虑床身结构的动静态刚度和经济性的综合优化技术。由于床身结构的动静态刚度和质量与支撑垫铁的位置、内部加强筋板布局以及各构件的厚度尺寸有关,提出的综合优化设计技术包括以下3个层次:首先以结构的最大静动态刚度最优为设计目标,对床身结构的垫铁位置进行优化;其次在多工况情况下,以结构的最大静态刚度最优为设计目标,对床身结构的内部加筋板布局进行优化;最后以结构质量最小,以结构的动静态刚度为约束条件,对构件的尺寸进行优化。优化结构表明,采用提出的设计方法,在床身结构质量减小24.48%的情况下,结构的一阶固有频率提高7.83%,结构的导轨静变形有所变差,中间段偏离零线0.5μm左右,但并不影响加工精度,可通过预修正来抵消变形,说明了提出的设计方法的有效性。     

交叉筛模型机设计及筛轴部件模态分析

针对交叉筛市场日益增长的消费需求，采用SolidWorks软件设计了一种交叉筛模型机，并利用ANSYS Workbench对简化处理后的交叉筛筛轴部件进行模态分析，得到交叉筛筛轴部件前6阶固有频率和振型。分析结果表明，筛轴前6阶固有频率均大于300 Hz，筛轴最大工作频率为1.67 Hz，筛轴固有频率远大于工作频率，筛轴在工作过程中不会发生共振，满足交叉筛设计要求。