大型随动曲轴磨床砂轮法兰CAE优化设计.pdfVIP

精密制造与 自动化 2012年第 1期 3o设计与开发 3o 大型随动 曲轴磨床砂轮法兰CAE优化设计 姜佳琦 李建国 (1．上海机床厂有限公司 上海 200093； 2．宝鸡隆科机床有限公司 陕西 721300) 摘 要 结合大型随动曲轴磨床砂轮法兰设计，介绍了利用CAE进行分析和优化设计的方案。通过采用有限元分 析仿真软件 ABAQUS对砂轮法兰进行有限元仿真计算，分析了大型随动曲轴磨床砂轮法兰盘在不同设计厚度下 的应力分布，从而优化了设计方案，得出最佳设计参数。实现了大型随动 曲轴磨床砂轮法兰的轻化设计，满足了 砂轮法兰的刚性要求。 关键词 有限元分析 大型随动曲轴磨床 砂轮法兰 随着计算机分析软件在工业上越来越频繁的 理的有限元分析模型；二、有限元分析：对有限元 成功运用，形成了越来越多的机械制造企业运用 模型进行单元特性分析、有限元单元组装、有限 CAE 分 析 软 件 来 研 究 自己制 造 设 备 的趋 元系统求解和有限元结果生成；三、后处理：根据 势 。CAE(ComputerAidedEngineering)是用计算机 工程或产品模型与设计要求，对有限元分析结果进 辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈 曲稳 行用户所要求的加工、检查，并 以图形方式提供 定性、动力响应、热传导、三维多体接触和弹塑性 给用户，辅助用户判定计算结果与设计方案的合理I生。 等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等 问题的一种近似数值的分析方法。CAE通常指对机械 1 砂轮法兰装配体的有限元分析 模型的有限元分析和机构的运动学及动力学分析。有 结合CAE的运用特点，以上海机床厂有限公司 限元分析可完成力学分析 (线性、非线性、静态、动 的大型数控切点跟踪曲轴磨床 (以下简称 “曲轴磨 态)、场分析 (热场、电场、磁场等)、频率响应和结 床 ”)砂轮架中的砂轮法兰为研究对象，运用 CAE有 构优化等 。机构分析能完成机构内零部件的位移、速 限元仿真的方法进行动静态性能分析以及结构优化。 度、加速度、力的计算和机构的运动模拟及机构参数 主要分析 内容有：对砂轮法兰进行加速和稳速 的优化 。CAE的作用有：一、增加设计功能，借助 工况下的静力学分析，取得砂轮法兰的变形云图和应 计算机分析计算，确保产品设计的合理性，降低设 力分布图，验证砂轮法兰的强度以满足设计要求，并 计成本；二、缩短设计和分析的循环周期；三、CAE 据此确定了砂轮法兰的最终设计。 分析起到的 “虚拟样机”作用在很大程度上替代了传 软件方面，利用HypermeshV10．0作为有限元 统设计 中资源消耗极大的 “物理样机验证设计 ”过 前处理工具，对 曲轴磨床砂轮架中的砂轮法兰三维 程 ，虚拟样机作用能预测产品在整个生命周期内的 CAD模型进行网格划分与边界条件设置，采用大型 可靠性 ；四、采用优化设计，找出产品设计最佳方 商业有限元分析仿真软件 ABAQUSV6．10进行有 案，降低材料的消耗或成本；五、在产品制造或工 限元仿真计算。 程施工前预先发现潜在的问题；六、模拟各种试验 砂轮法兰是将砂轮固定到砂轮主轴上的重要部 方案，减少试验时间和经费；七、进行机械事故分 件 。大型切点跟踪 曲轴磨床所使用的砂轮直径达 析，查找事故原因。应用 CAE软件对工程或产品进 1．6m，厚度 0．18m，总重量达 500kg，其在设计 行性能分析和模拟 时，一般要经历 以下三个过