大型圆锯片检测仪机架有限元分析及优化设计.pdf

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1、仪器仪表／检测／监控现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１４年第１１期倡大型圆锯片检测仪机架有限元分析及优化设计吴绍民，吴恩启，任龙，兴磊磊，应峥嵘（上海理工大学机械工程学院，上海２０００９３）摘要：针对大型圆锯片应力检测仪机架容易出现局部变形的问题，提出了一种基于有限元分析的优化设计方法。首先利用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对机架进行了静态、模态计算，得出了机架变形量较大的位置和应力主要集中的位置，然后在满足设计刚度要求及避免共振的情况下，对机架进行了轻量化设

2、计，优化后的机架质量比优化前减轻了１２．１％，节省了产品材料和制造成本，为锯片应力检测仪机架的设计提供了参考依据。关键词：锯片；机架；有限元；结构优化中图分类号：ＴＨ１２２文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１４）１１—０１１２—０５FiniteelementanalysisandoptimizationdesignoflargecircularsawbladedetectorframeＷｕＳｈａｏｍｉｎ，ＷｕＥｎｑｉ，ＲｅｎＬｏｎｇ，ＸｉｎｇＬｅｉｌｅｉ，ＹｉｎｇＺｈｅｎｇｒｏｎｇ（Ｃｏｌｌｅｇ

3、ｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｈａｎｇｈａｉｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９３，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｂｏｕｔａｌａｒｇｅｃｉｒｃｕｌａｒｓａｗｂｌａｄｅｄｅｔｅｃｔｏｒｆｒａｍｅ，ａｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｓ

4、ｔａｔｉｃａｎｄｍｏｄａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｒａｍｅｗａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄｗｉｔｈＡＮ-ＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ，ａｎｄｔｈｅａｒｅａｓｏｆｍａｘｉｍｕｍｐｒｉｎｃｉｐａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｌａｒｇｅｓｔｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｗｅｒｅｆｏｕｎｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｄｅｓｉｇｎｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｔｏｖｅｒｉｆｙｉｆｉｔｍｅｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｎｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｒｅｓｏｎａｎｃｅａｖｏｉｄａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｆｒａｍｅ．Ａｓａｃｏ

5、ｎｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｆｒａｍｅｗｅｉｇｈｔｗａｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙ１２．１％，ａｎｄｔｈｉｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｃｏｕｌｄｓａｖｅｃｏｓｔｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｍａｎｕ-ｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｇｕｉｄｅｌｉｎｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓａｗｂｌａｄｅｓｔｒｅｓｓｄｅｔｅｃ-ｔｏｒｆｒａｍｅ．Keywords：ｓａｗｂｌａｄｅ；ｆｒ

6、ａｍｅ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ的应力分布。为了保证机架高精度的设计要求，机架０引言必须具有足够的静态刚度和良好的动态特性，检测仪金刚石圆锯片属于超薄的刀具，在使用过程中易在检测锯片基体应力的过程中较稳定，一般不会受到产生变形，即锯片基体内存在的应力不合理，导致锯外部激振的干扰，主要的激振来自电动机的牵引，故［５-７］片基体刚度下降，易产生噪声，严重影响了金刚石圆需对机架进行模态分析。针对以上问题分别利用［１-４］锯片的切削精度和使用寿命。故在锯片出厂前需Ｓｏｌｉ

7、ｄＷｏｒｋｓ和ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对机架进行了实对锯片基体进行应力检测显得尤为重要。体建模和有限元分析并提出了改进及优化方案。锯片检测仪主要由机架、电动机、滚珠丝杠及气１静态分析缸等组成，其中机架是检测仪的重要支承组件，起支撑锯片检测仪主轴上各种零件及大型金刚石圆锯片１．１建模基体的作用，因此要针对机架进行分析。检测仪对金锯片应力检测仪机架主要由底板、面板、立板、方刚石圆锯片基体进行应力检测，其实是对锯片基体的管、工作台板、轴承座板、侧板、顶盖板及主轴等零件变形进行检测，经过数据处理模块处理后来判

8、断基体组成。为了保证机架仿真结果的可靠性，用Ｓｏｌｉｄ-倡国家自然科学基金资助项目（５１２０５２５５）１１２吴绍民，等：大型圆锯片检测仪机架有限元分析及优化设计２０１４年第１１期Ｗｏｒｋｓ建立的模型按照实际生产的尺寸进行建模，建分析的必要条件。主要影响机架刚度和强度的是位模时在不影响计算精度的前提下，对机架模型进行简于主轴上的零件，其他部分的零件对机架的刚度和强化处理，略去不影响机架刚度的细微结构，