基于正交试验法的曳引机机座结构的数值研究

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1、基于正交试验法的曳引机机座结构的值研究孙洋唐敦兵杨俊郑庆康南京航空航天大学机电学院摘要：为丫有效提升曳引机的工作性能，并减少曳引机机座的使用材料，基于正交试验理论，采用有限元分析软件对曳引机机座的关键参数进行仿真分析。在满足强度和变形量的前提下，运用极差分析法得出影响曳引机机座质量的关键因素，确定了优化曳引机机座的合理方案，为曳引机机座的结构设计和优化设计提供了一种新思路。关键词：曳引机;有限元法;正交试验法;作者简介：孙洋（1991-）,男，江苏盱眙人，硕士研究生，主耍从事结构设计与优化研究。收稿日期：2016-02-15基金：南京航空航天大学研宂生创新基地（实验室）开放基金项A资助

2、（kfjj20150520）NumericalInvestigationofMotorFrameBasedonOrthogonalExperimentalMethodSUNYangTANGDunbingYANGTunZHENGQingkangCollegeofMechanicalandElectricalEngineering，Nanjinguniversityofaeronauticsandastronautics;Abstract：Thesoftwareoffiniteelementanalysisisusedtoanalyzesomekeyparametersofmotorfra

3、mebasedonorthogonalexperimentalmethod,inordertoimproveitsworkingperformanceandreduceitsweight.Then,onthepremiseofstrengthanddeformation,thekeyparametersofthemotorframecanbegetbytherangeanalysis,andthenthereasonableplanforoptimizingthemotorframeisdetermined.Thenewmethodisprovidedforoptimizingandd

4、esigningthemotorframe.Keyword：motorframe;FEM;orthogonalexperimentalmethod;Received：2016-02—150引言正交实验法就是利用正交表来对试验进行整体设计、综合比较、统计分析，实现通过少数的实验次数找到较好的生产条件。谢峰III等人基于正交试验法对压力机上、下梁及喉口危险截面进行优化，使压力机结构更加合理。李学光m等人基于正交试验法对切削参数进行研究，确定适合零件表面质量的切削三要素即进给量、背吃刀量、主轴转速的最优组合。本文基于正交试验法和有限元法对曳引机机座进行结构优化研究。即先用有限元软件对机座模型

5、进行拓扑优化，找出在满足强度和刚度要求下可去除的材料，确定优化参数。采用正交试验法对优化参数进行试验方案设计，通过极差分析法对试验数据分析，最终确定机座的最优参数值，从而提高机座材料利用率。分析总流程如图1所示。1曳引机机座模型及其前处理曳引机机座材料为HT250灰铸铁，密度为7000kg/m，弹性模量为1.Ie5MPa,泊松比为0.28,抗拉强度为200MPa。根据理论计算，机座前轴承处的y向轴承载荷为42606N,后轴承处的y向轴承载荷为10233N,定子处的转矩为1100N,两个制动器对机座均有8800N拉力作用，每个孔平均受2200N拉力，机座地脚螺栓孔与基体部分和连的部分6自

6、由度全约束，简化为两支撑平面固定约束。如图2所示。图1曳引机机座结构优化设计流程下载原图采用二次四面体单元Solidl87对模型进行网格划分，得到有限元模型节点数为425037，单元数为247929，且整体单元质量良好。2基于ANSYS的拓扑优化通过ANSYSWorkbench软件对曳引机机座进行拓扑优化，在强度和刚度分析的棊础上设置安全系数及减重目标，得出可去除材料部分。整体拓扑优化流程如阁3所示。图2机座受力模型下载原图应用ANSYSWorkbench中ShapeOptimization模抉对模型进行拓扑优化，设置减少目标质量为20%。拓扑优化结果如图4所示（其中A、B、C、D表示

7、可去除材料的部分）。阁3拓扑优化计算流程阁下载原阁图4机座拓扑优化结果图卜载原图3正交试验设计正交试验是优化设计参数的常用方法之一。与其他的设计方法相比，能够有效减少试验次数，得出关键因素水平。同时，运用正交表分析得出各设计因素对设计目标的影响程度，进而确定各设计参数的最佳水平值，显著地提高了结构设计的效率3.1方案设计从图4的拓扑优化结果，选择如下4个优化设计参数:A为轴承支撑孔四周加强筋中间三块可去除扇环状孔的上边界圆直径（扇环状孔的下边界