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精密制造与 自动化 2010年第2期 基于Pro／E的磨床测量支架有限元分析 蒋 静 汪忠厚 上海理工大学 机械工程学院 (200093) 摘 要 随着计算机技术的进步，利用现代 CAD／CAE工具对机械结构进行研究已经成为一种趋势。ProE／能实 现几何建模和结构分析的无缝集成，提高了新产品开发的效率和可靠性。介绍了以外圆磨床测量支架作为研究对 象，在ProE／软件环境下建立测量支架的有限元模型，在 ProM／ECHANICA有限元分析模块中进行有限元分析， 得出支架作用点的变形等数据，为进一步设计改进提供参考依据。 关键词 测量支架 特征建模 有限元分析 变形 传统机械产品设计是以绘制平面图为主，辅以 个未知量。这种方法 2O世纪 50年代起源于航空工 人工计算，对设计工作进行验证 ，如果设计的产 品 程中飞机结果的矩阵分析。 结构 比较复杂，则需要大量的图解计算或分析计算， 目前使用的有限元分析方法，主要有三种，即 繁琐而杂。 随着计算机技术的发展 ，计算机辅助设 P法，h法和 hp法。所谓P法，它的位移函数的形 计越来越广泛地应用于产品设计，这种辅助设计既 函数采用多项式函数，目前最多为 9次函数 。它的 包括传统的二维设计的数字化，还包括零部件的可 解析精度的提高是可以依靠 自动拉升多项式函数的 装配性、运动学分析及用有限元技术分析零部件的 阶数来解决。h法的位移函数的形函数采用线性函 结构强度、刚度和模态等。 数，提高解析精度时，必须在每次解析前，细划分 对于大型外圆、轧辊类磨床，传统的手工检测 单元网络才可 以达到，它需要一定的专业知识与技 由于效率及测量准确性等 已难以满足产品自动化及 巧，划分单元网络也 比较麻烦 。hp法采用了上述两 精度要求。因此各磨床生产厂家在此类大型机床上 种方法的优点，即自动拉升多项式函数的阶数和 自 均配有形式各异 的自动测量装置。测量装置是大型 动细划分单元网络来提高解析精度，是一种理想的 外圆、轧辊类磨床提高 自动化程度的重要关键部件 方法，但它仅处于研究阶段 ，还没有达到实用化 。 之一，测量支架是测量装置的安装基体，测量支架 有限元分析总体上可分成三个部分：前处理、 的结构性能直接影响到测量装置的测量准确性，为 主分析计算及后处理。前处理包括：建立几何模型、 了保证支架具有 良好的动静态性能，设计时需要进 定义材料、定义单元、定义载荷与约束、划分网格 行精确的理论计算。由于支架用途不同，其结构也 生成有限元模型。主分析计算即对有限元模型的求 会有较大的差异，至今 尚未找到一种精确的方法来 解，后处理则是采集处理分析结果，使用户能简便 计算其动静态性能。用有限元建立机械系统动、静 地提取信息，了解计算结果。 力分析的数学模型已成为其理论建模中最重要的方 美国PTC公司推出的Pro／ENGINEER (ProFE) 法 。对于一些受力情况不是很复杂的支架类结构来 可以完全实现几何建模和结构分析的无缝集成 。用 说，有限元法对其动静态性能分析是一种最有效的 户在 Pro／E环境下完成零件的几何建模后，无需退 方法 。用它来计算一般复杂程度 的支架类结构的动 出设计环境就能进行结构分析，这是 目前绝大多数 静态性能，完全可以得到较为满意的计算结果。 软件所不能做到的。在此之前，机械设计工程师进