大型龙门加工中心横梁非变结构多参数轻量化分析.pdf

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1、设备设计／诊断维修／再制造现代制造工程(ModemM蚰ufacnlringEn画neering)2015年第2期大型龙门加工中心横梁非变结构多参数轻量化分析郭然1，邓小雷2，王建臣2(1衢州广播电视大学，衢州324000；2衢州学院机电工程学院，衢州324000)摘要：针对某大型龙门加工中心的横梁进行多参数轻量化设计。对横梁结构进行有限元分析得出其初始的受力及变形情况。在保证横梁结构不变的情况下，以横梁的最大变形为约束条件，选择横梁的筋板厚度、出砂孔孔径等7个结构参数作为设计变量，运用实验设计法

2、对横梁进行轻量化设计。得到在横梁结构不变的条件下，7参数联合优化设计的设计变量参考值以及横梁总质量的响应变化值，优化设计的最优结果为横梁变形增加1．8l％的同时质量减轻2．97％。关键词：横梁；非变结构；多参数；轻量化设计中图分类号：’rG502文献标志码：B文章编号：1671—3133(2015)02—-0127—04T讧lllti-par锄etersliglItweightdesignforn蚰·VariablestI．uctureoflargegantrymachiniIlgcenterG

3、uoRanl，DengXiaolei2，WaIlgJianchen2(1QuzhouRadioandTVUniVersity，Quzhou324000，Zhejiang，China；2CollegeofMechanicalEn舀neering，QuzhouUniversity，Quzhou324

4、D010，zhejiaIlg，China)Abstract：Al哪eg虮trymachiningcenterwaslightw℃ightdesignedbymulti-p咖etersoptiIIliza

5、tion．B鹪edonthefiniteelement锄alysis，t}leirIitialsn鹄s锄ddefo肋ationwereobtained，粕dontlleb踮is0ftllepreIIliseofgu舢teetllebe锄stnlcturewasin-v撕肋t．Takenmem缸imumdef0瑚：1ati∞嬲tllecons嘲m，tllep猢eterswhichareridtIlickness，clea瑚ceholedi姗eter明dsoonwereused五Drligllt鹏i

6、ghtdesigIlbytlleDesi印0fExperiment(DOE)method．Atlast，t}ledesigTIv耐ables’value蚰dbe砌m鹪swe她幽tainedbyc0-optiHli翻【tion试tIl7par锄eteI_sundernon-VdablestmctIlrecondition．0neofthemost0ptimalresllltsfor山emassisreducedby2．97％atthes锄etiⅡletlleddb肌ationisincreaLse

7、dby1．81％．Keywords：be锄；non·v赫ablestmcture；multi-p猢eter；ligll附eiglItdesigIlO引言横梁是数控机床的主要支撑部件，传统数控机床的横梁设计采用类比的经验设计方法，而且在验算横梁结构的强度与刚度时，常选择过大的安全系数，造成所设计横梁的结构尺寸与重量偏大，所以需要采用轻量化设计方法对其进行优化设计。优化设计作为机械设计中一种重要的科学设计方法，使得在解决复杂设计问题时，能从众多的设计方案中寻找到尽可能完美的或最适宜的设计方案¨引。轻

8、量化设计是优化设计的一种，目的是通过对构件进行设计，使构件在满足使用要求的情况下重量尽可能地轻[3J。赵韩等人H1利用参数化有限元法对液压机机身进行了轻量化设计；吕国坤等人"-基于遗传算法和响应面法对驱动桥桥壳进行了轻量化设计；谭志洪等人Mo在天花板结构优化设计中采用了多方案优化设计，使得天花板钢耗降幅高达30％；王树英等人【刊对燃料电池轿车的前副车车架进行了轻量化设计，以模态特性为约束条件，使得车架自身质量得到大幅度降低；万长东【81对汽车发动机罩壳进行了多工况下的结构优化分析，使得汽车发动机

9、在罩壳性能提升的同时，结构质量得到减轻。可见，通过轻量化设计方法，不仅可以减轻结构质量，而且可以解决传统方法所不能解决的比较复杂的优化设计问题。鉴于此，笔者希望通过轻量化设计方法对横梁结构进行多参数轻量化协同设计。首先，采用有限元分析技术获得横梁结构的应力场和变形场分布情况；然后，根据优化要求建立优化模型，确定优化目标、设计变量、状态变量和约束函数，结合优化算法获得计算结果；最后，在确保横梁结构满足使用强度的基础上，达到减少材料用量的目的。】272015年第2期现代制造工程(Mod唧M舳ufac