基于DOE法的主轴系统的优化设计.pdf

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1、第1O期机械设计与制造2012年l0月MachineryDesign&Manufacture79文章编号：1001—3997(2012)10—0079—02基于DOE法的主轴系统的优化设计冰狄杰建赵玉侠张超英刘峰斌(北方丁业大学机电工程学院，北京100144)OptimalDesignofAxisSystemBasedontheDOEDIJie-jian，ZHAOYu—xia，ZHANGChao—ying，LIUFeng—bin(SchoolofMechatronicEngineering，Nort

2、hChinaUniversityTechnology，Beijing100144，China)一十、I十十壤一’十遭圳¨十．’、●十tq●’’州￡●十^州^●十，【摘要】应力集中现象经常出现在结构的设计中，为有效的降低应力集中保证结构部件的力学i}性能与寿命，针对主轴结构提出了基于DOE的方法优化设计主轴部件，建立了以最大应力最小化为目；标，倒圆角半径和凸台厚度为设计变量的优化模型并进行求解。结果表明，在工程许可条件下尽可能增}大圆角半径或者凸台厚度，能有效地减少应力集中；且圆角半径对最大应力影响较

3、大，圆角半径从l0．5mm增大到2ram，最大应力下降48％，因此，；O~_Y--中应确保其加工精度。该方法对主轴零部件的设计}加工具有一定的指导意义。l关键词：主轴系统；优化设计；应力集中；灵敏度分析}【Abstract】Toavoidorreducethestressconcentrationonthemechanicaldesign，optimizationmethodlbasedontheDOE(DesignofExperiment)isproposed；themathematicmodel

4、isbuiltandsolved，withmini-}mizingthemaximumstressasobjectiveandtheradiusofroundcornerandthicknessofconvexplatede-lsignvariables．Astheresuhsshow，stressconcentrationcanbereducedbyenlargingthevalueoftheround》radiusorthethicknessoftheconvexplate，withtheeng

5、t’neeringrequirements，andtheeffectoftheradiuslonthemaximumstressismuchlargerthanthatofthethicknessoftheconvexplate，withtheradiusfrom；0．5ramto2ram，andthemaximumstressisreducedby48％．Thustheprecisionofthemanufacturingofthe}roundcornerismoreimportant．epres

6、entedmethodisapplicabletothedesignandmanufacturingofthe；c。mponentsoftheaxissyste}KeyWords：AxisSystem；OptimalDesign；StressConcentration；SensitivityAnalysis中图分类号：TH12；TH161+．21文献标识码：A1引言大系统刚度，提高回转精度。轴承预载过大或过小，对于组建的摩擦力矩和寿命均不利。而主轴是主要的承载部件，为提高其使用主轴是高速旋转的运动机

7、构，是任何机械产品的关键零件，它的寿命，也必须合理分配其承载力。而在实际分析过程中发现，主轴性能好坏直接决定了机械产品的优良。对主轴系统的设计进行仿真，可以很好地了解主轴的刚度和强度是否满足设计的要求。如存在局部应力集中现象，如图2所示。因此，在设计主轴过程中，果不符合设计要求，可以调整轴的参数，使其满足设计要求。尤其能够有效消除或减少应力集中，也是提高其寿命的关键方法之一是对于飞轮等空间惯性执行机构，轴系是核心部件之一J，如图。提出了采用优化的方法在设计阶段有效地减少应力集中，具1所示。采用定位预

8、紧的方法对轴承施加一定的预载荷，进而增有一定的工程指导意义。★来稿日期：2011—12—08★基金项目：国家自然科学基金资助(51075004)问速度、加速度有微小变化或者为0，对系统有微小冲击。2009，19(5)：34—35．[3]宋奎伟．旋转式和直线式吹瓶机的综合比较[JJ_酒，饮料技术装备，5结论2010(5)：68—70．吹瓶机的运动学和动力学仿真对于开合模导轨凸轮的设计[4]唐伟强，聂世涛，郭松旺．基于Pro／E仿真的PET吹瓶机导轨机构的研有着重要的作用