基于Hypermesh和Workbench的伺服冲床主传动连杆结构优化设计.pdf

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1、机械设计与制造第3期232MachineryDesign&Manufacture2016年3月基于Hypermesh和Workbench的伺服冲床主传动连杆结构优化设计周艳华，史佩。宋岩-(1．海军航空工程学院飞行器工程系，山东烟台264000；2．清华大学机械工程系，北京100084)摘要：基于轻量化的产品设计准则及满足冲床高速高频的工作要求，采用HyPennesh软件对伺服冲床主传动机构的关键零4q----~杆进行了拓扑结构优化及模态分析，并采用Workbench软件进行了尺寸优化设计，设计结果表明。结构优化后的连杆去除了不必要的

2、材料，固有频率较优化前提高较大，模态满足设计要求，并且具有更高的强度和刚度，在快速冲压的工作环境下具有更佳的机械性能。结构优化对于缩短伺服冲床主传动的设计周期，降低产品成本，具有较好的工程应用价值。关键词：伺服冲床；连杆；拓扑优化；模态分析；尺寸优化中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2016)03—0232—03LinkStructuralOptimizationofServoPunchPressMainDrivingMechanismBasedonHypermeshandWorkbenchZHOUYan

3、—hua，一。SHIPei，SONGYan(1．DepartmentofAirborneVehicleEngineering，NavalAeronauticalandEngineeringInstitute，ShandongYantai264000，China；2．DepartmentofMechanicalEngineering，TsinghHaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Basedonthelightweighta~,is．nprinciple，topologyoptimizat

4、ionandmodalanalysisforthemtzittpart—linkof8er1)opunchpresstll'edoneusingHypermesh，anditsdimensionsareoptimizedinWorkbench．Theoptimizationresultsshowthatthemodalsoflinkaresatisfied，andtheoptimizedlinkhashigherstrengthandrig6tity，whichc吼meettheoptimalrequirements．Structur

5、eoptimizationwhichc肌shortendesigncycle，reduceproductcost，hasgoodengineeringapplicationvalue．KeyWords：ServoPunchPress；Link；TopologyOptimization；ModalAnalysis；DimensionalOptimization1引言国内对伺服冲床主传动系统的研究相对较少，冲床产品大多采用比较粗放的制造模式，部分高校对此展开了一定的研究，文献【】21随着伺服驱动技术的发展，伺服电机驱动的数控转塔冲床对全电

6、伺服肘杆式数控压力机主传动系统进行了设计和研究，用的应用越来越广泛。其显著的优点为可以实现较高的冲压频次和Adams软件，获得了系统的最优尺寸参数；文献【埘三角肘杆式较大的冲压力，冲压行程可变，并且清洁、环保。主传动机构作伺服压力机主传动系统进行了研究，对机构参数进行了优化设为伺服冲床的核心部件，其性能直接影响着冲床的性能及冲压质计；文献【。睬用改进遗传算法对肘杆机构进行了稳健优化设计；量阀。文献翰发明的伺服冲床主传动机构的改进机构，如图1所文献t对数控冲床肘杆式主传动进行了运动学特性分析，并根据示。由两个对称的并联支链PRRP组成，

7、采用两台伺服电机同步滑块行程设计了各杆件的长度；3c献【咐多连杆伺服压力机进行控制，实现板料的冲压。由于冲压的高频高速，以及轻量化设计原了设计研究，运用性能图谱法进行了尺度优化。以上研究都是对则的广泛应用，要求伺服电机和主传动机构均具有较小的惯量，尺寸的优化，没有涉及到拓扑结构的优化。采用Hyperworks对主以减小噪音和振动。传动机构中的关键零件—连杆进行了有限元分析及拓扑结构优结构优化设计是目前工业设计中非常重要的一环，结构优化，以期在满足刚度、振动的前提下得到最好的零件拓扑结构；同化设计包括拓扑结构优化、形状优化和尺寸优化Ⅲ。

8、为了减小机时为了在满足强度及变形等要求的前提下，尽量减小零件尺寸，构惯量，去掉多余的材料，同时考虑机构工作中的振动问题。目前采用Workbench对拓扑优化后的连杆进行了尺寸优化设计。来稿日期：2015-08-24基金项