龙门磨床的横梁设计研究

龙门机床横梁是机床的重要组成部分之一,横梁上的导轨与横梁一般均采用一体化铸造成型。横梁的变形对横梁导轨的精度有较大影响。不同的横梁筋板布局形式影响横梁的变形也不尽相同,设计过程中合理布置横梁筋板能够很好的减小横梁的挠曲变形,从而保证机床的加工精度。用有限元分析方法对横梁进行了分析,对筋板布局进行优化验证。     

满足侧翻安全性的客车车身轻量化设计

按照欧洲ECE R66法规,基于管内填充方法,以车身轻量化为优化目标,对某客车的车身骨架结构进行了优化设计。采用均匀试验设计方法对车身侧围立柱和顶横梁的壁厚及管内填充长度等设计变量进行了仿真实验设计和侧翻碰撞仿真模拟,采用SAS软件对仿真结果进行回归分析并建立了回归函数,利用MATLAB软件对设计变量进行了优化。结果表明,客车车体在满足ECE R66法规对生存空间要求的情况下,侧围立柱和顶横梁优化后的结构比原结构质量减轻了23.7%,实现了车身结构轻量化。     

基于碰撞安全性的保险杠横梁轻量化设计与优化

提出了基于耐撞性能和行人保护性能的保险杠横梁轻量化设计要求,以某量产车型的保险杠系统为研究对象,对保险杠横梁进行轻量化设计。以质量最小为优化目标,采用中心复合试验设计和自适应响应面法对所设计的铝合金保险杠横梁壁厚进行了试验仿真优化。研究结果表明:所设计的铝合金横梁与原钢制横梁相比,在显著轻量化的同时有效提高了耐撞性能和行人保护性能。     

考虑可靠度的等温热成形液压机上横梁轻量化设计

针对内部结构复杂的等温热成形液压机上横梁,传统设计方法以增加安全系数来提高可靠度而导致结构笨重和材料浪费,研究了考虑可靠度的上横梁轻量化设计问题。采用精度较高的蒙特卡罗模拟技术对上横梁进行可靠性分析,得到其刚度可靠度以及可靠性灵敏度信息;针对上横梁可靠度在优化设计过程中无法显式表达问题,提出基于敏感度信息的可靠度间接表达方法,利用设计参数Z描述优化过程中可靠度和轻量化的权重,从而将可靠度指标体现在设计变量中;同时考虑可靠性灵敏度和质量占比,以质量最小为目标、刚度满足设计要求为约束,实现了考虑可靠度的上横梁轻量化设计。仿真分析结果表明,优化后上横梁刚度可靠度依然为100%,而质量下降了7.4%。该方法可为横梁等大型结构件的可靠性优化设计提供有益借鉴。     

桥式龙门铣床横梁方案设计及其多目标决策方法

为了解决横梁结构方案设计及其优选问题,提出一种基于正交试验设计、模糊层次分析和灰色关联分析的横梁方案设计及其多目标决策方法。根据多因素多水平的横梁结构设计特点,采用正交试验设计确定横梁候选设计方案,获得各方案决策指标值;以静力学性能、抗振性、轻量化和经济指标为主要决策目标建立了横梁设计方案指标体系,采用模糊层次分析法和灰色关联法进行横梁设计方案的多目标决策。将该方法应用于桥式龙门铣床横梁方案的设计与决策,从构建的8种横梁候选设计方案中确定了参数组合为"侧挂式—井—20mm—线轨"的横梁最优方案。研究结果表明,所提出的横梁方案设计及其多目标决策方法理论性强,决策求解收敛性好,具有较高的工程实用性。     

基于DADOS的某大型组合式压力机上横梁轻量化设计

为实现某大型组合式压力机上横梁的轻量化设计,本文通过对横梁的结构及工况分析,提取横梁结构的可优化参数,确定横梁结构约束及载荷,利用有限元法对其进行仿真分析,获取该横梁结构在静态载荷下的应力和变形情况。以横梁质量为优化目标,横梁最大应力和最大变形为约束,建立优化设计模型。为减少仿真次数,本文基于DADOS平台应用基于代理模型技术的优化设计方法,实现了压力机横梁的快速轻量化设计。     

大型龙门加工中心横梁非变结构多参数轻量化分析

针对某大型龙门加工中心的横梁进行多参数轻量化设计。对横梁结构进行有限元分析得出其初始的受力及变形情况。在保证横梁结构不变的情况下,以横梁的最大变形为约束条件,选择横梁的筋板厚度、出砂孔孔径等7个结构参数作为设计变量,运用实验设计法对横梁进行轻量化设计。得到在横梁结构不变的条件下,7参数联合优化设计的设计变量参考值以及横梁总质量的响应变化值,优化设计的最优结果为横梁变形增加1.81%的同时质量减轻2.97%。     

基于灵敏度分析的龙门加工中心横梁轻量化设计

以某龙门加工中心的横梁为研究对象,在传统经验设计得到的横梁结构基础上,建立了基于ANSYS的横梁有限元模型,运用有限元分析方法,对横梁关键尺寸进行静动态特性灵敏度分析。根据灵敏度分析结果,利用最小二乘法,得出了关键尺寸对横梁静动态特性及质量的相对灵敏度。采用极端尺寸调整方法,分别以静变形量、1阶频率为性能指标,实现横梁单性能指标的轻量化设计;然后在两种方案的基础上,得到较为合理的横梁轻量化设计方案。结果表明:在满足横梁静动态特性要求的情况下,横梁质量减小了152 kg,实现了横梁的轻量化设计。     

造波机中横梁结构有限元分析及优化设计

为了实现造波机中横梁结构轻量化,对其模型进行了有限元分析,分析结果显示其刚度和强度均有较大的裕量。基于结构强度分析结果,找出其受力薄弱环节,对横梁模型进行结构优化设计。优化结果表明:在保证许用变形量小于2mm、许用应力小于325Mpa的前提下,对横梁型钢、加强筋及局部进行优化,改进后横梁质量减轻17.8%,且应力分布更为均匀,很好的实现了"重量轻、性能好"的设计目标。此研究方法为横梁的设计及优化提供了依据,具有实用价值。     

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。