圆盘剪刀轴有限元分析及优化设计.pdf

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1、上海理工大学学报第36卷第1期J．UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyVo1．36N0．12014文章编号：1007—6735(2014)01—0039—05圆盘剪刀轴有限元分析及优化设计俞科斌，李郝林，陈吉勇(1．上海理工大学机械工程学院，上海200093；2．上海宝菱冶金设备工程技术公司，上海201900)摘要：根据设备实际尺寸建立圆盘剪刀轴的三维模型，利用AnsysWorkbench软件对刀轴进行有限元力学分析，将分析结果与理论公式计算结果进行比较．研究分析刀轴

2、的强度、刚度及其变形对圆盘剪刀片重叠量和侧向间隙的影响，找出刀轴的薄弱环节，并利用AnsysWorkbench中的实验数据法对刀轴进行优化分析，提出优化设计方案．关键词：圆盘剪；刀轴；有限元；优化设计中图分类号：TG333．2文献标志码：AFiniteElementAnalysisandOptimizationDesignofKnifeShaftforSideTrimmerYUKe-bin．LIHao-lin．CHENJi．yong(1．SchoolofMechanicalEngineering，University

3、ofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China；2．ShanghaiBaolingMetallurgicalEquipmentEngineeringCoLtd，Shanghai201900，China)Abstract：A3DmodelwasestablishedwithAnsysWorkbenchtoanalyzethestrengthandstifnessofahshaftinaccordancewiththeactualdimensionofside

4、trimrI~r．Thefinireelementanalysisresultswereco~edwiththetheoreticalones．TheweaknessoftheknifeshaftwasfoundoutandanoptimizationdesignwaspresentedbyusingthemethodofdesignofexperimentsinAnsysWorkbench．Keywords：sidetrimmer；knifeshaft；finiteelement；optimizationdesig

5、n随着汽车、家电产业的快速发展，汽车用板和家立圆盘剪刀轴和相关零部件的三维模型，对其进行电用板的剪切质量要求不断提高，尤其是汽车板材，仿真分析，通过理论公式计算与有限元力学分析，研不仅强度高，其剪切精度要求也不断提高，这对圆盘究刀轴变形对圆盘剪刀片的重叠量和侧隙的影响，剪的切边质量及其设备性能提出了更高的要求．当再利用AnsysWorkbench软件中的实验数据法对刀前，圆盘剪的主要结构形式为悬臂式，在剪切厚板或轴进行优化设计分析，提出更加理想的设计方案．高强度钢板时，剪切力明显增大，要求圆盘剪刀轴具有足够的强度、刚

6、度，以确保高精度剪切来满足产品1圆盘剪技术参数质量要求．根据某厂一套圆盘剪设备的实际工作参数，建本圆盘剪是一套双刀头可旋转式的被动剪，其收稿日期：2013—03—06第一作者：俞科斌(1987一)，男，硕士研究生．研究方向：机械工程．E-mail：yukebin@yaliyun．com通讯作者：李郝林(1961一)，男，教授．研究方向：精密测试技术、精密加工工艺．E—mail：haolin@usst．edu．cn第1期俞科斌，等：圆盘剪刀轴有限元分析及优化设计4．1参数设置在DesignExplorer中，主要有输入

7、、输出和导出这3类参数．结合前面对刀轴有限元力学分析可知，刀轴的强度已满足要求，结构优化主要是为了进一步提高刚度，减小其受力变形，为此，将刀轴轴端外径和内径定义成改变其结构的输入参数，将刀轴的质量和最大总变形定义为目标输出参数．其中，原刀轴的轴端外径为200mm，内径为100mm．采用实验数据法，设置其它9个刀轴实验设计点，外径变图7刀轴外径与最大总变形关系曲线化范围：190～240mm，内径变化范围：60～Fig．7CurveofouterdiameterVflmaximum100mm，并定义设计变量类型为连续变量

8、．deformation4．2分析优化结果在DesignExplorer中，以中心组合的实验设计4．3提出优化设计方案方式_5]，经过分析计算得出各设计点的求解结果如通过以上分析，对原刀轴的部分尺寸进行修改，表1所示．其中，D为轴端外径，d为轴端内径，M将轴端内径从初始的100mm改为80mm，将轴端为刀轴质量，T为刀轴最大总变形．从表1中可以