成形磨齿机床立柱结构的拓扑优化研究-论文.pdf

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1、第31卷第8期机电工程Vo1．31No．82014年8月JournalofMechanical&ElectricalEngineeringAug．2014DOI：10．3969／j．issn．1001—4551．2014．08．018成形磨齿机床立柱结构的拓扑优化研究金美付，张正伟，吴洪彬，鲜洁宇(南京农业大学工学院，江苏南京210031)摘要：针对用传统设计方法设计的成型磨齿机床立柱在保证设备精度的同时会造成重量过大的问题，运用有限元设计方法建立了立柱的三维有限元模型，并利用ANSYS软件对立柱壳体进行了拓扑分析。由拓扑分析得出的载荷路径与立柱壳体模型

2、相结合，提出了7种不同筋板布局的立柱结构。研究结果表明，与原立柱进行对比，斜角45。筋1型立柱的质量刚度比最优，斜角26．25。筋1型次之，而原立柱的质量刚度比最差；通过模态分析得到的新壳体模型斜角26．25。筋1型立柱的一阶固有频率比原模型提高了12．86％，而斜角45。筋1型立柱的一阶固有频率比原模型提高了9．09％；斜角45。筋1型立柱的质量比原立柱模型减少6．56％，斜角26．25。筋1型立柱的质量比原立柱模型减少了9．83％。关键词：立柱；拓扑分析；壳体；筋板布局；ANSYS中图分类号：TH122；TG85文献标志码：A文章编号：1001—45

3、51(2o14)o8—1045—04m

4、l。opo’logyopt·i·m·izat-i·onI^orst·ruct·ureoi^gear[^ormgr⋯indingmac’hi‘neJINMei—fu，ZHANGZheng—wei，WUHung—bin，XIANJie—yu(CollegeofEngineering，NanjingAgriculturalUniversity，Nanjing210031，China)Abstract：Aimingattheproblemofthelargeweightforthecolumnofgeargrindingm

5、achinedesignedbytraditionaldesignmethod，thethree—dimensionalmodelofspecificgrindingmachinewasestablishedbymeansofthefiniteelementmethod，andthecolumnofthemachinewasanalysisedbyusingtheANSYSsoftware．Throughthecombinationoftheloadpathoftopologicalanalysisandthenewshellmodelofthecolu

6、mn，7kindsofcolumnstructuresweresuggested．Theresultsindicatethattheratioofthemassandstiffnessforthecolumnstructurewithanangleof45degreesand1typeiSthebest．Theratioofthemassandstiffnessforthecolumnstructurewithaangleof26．25degreesand1typetakesecondplace，whereas，theratioofthemassands

7、tiffnessfortheoriginalcolumnstructureistheworst．Thefirst—ordernaturalfrequencyincreasesby12．86％forthecolumnstructureofangleof26．25degreesand1typeandby9．09％forthecolumnstructureofangleof45degreesand1type，respectively．Thetotalmassratiodecreasedby9．09％forthecolumnstructureofangleof4

8、5degreesand1typeandby9．83％forthecolumnstructureofangleof26．25degreesand1type．Keywords：column；topologyanalysis；shell；stiffenedplate；ANSYS质量过大，因此立柱的结构优化还可有进一步提升的0引言空间。本研究通过Pro／E软件建立数控磨齿机床立柱的立柱是某型成形磨齿机样机的主要受力部件之三维模型，运用ANSYS有限元软件，对原立柱模型壳一。立柱结构的尺寸及内部筋板的布置会直接影响体进行拓扑分析，根据分析结果提出两种新的壳体设机床

9、的加工精度。对于立柱这种大型铸件的结构设计方案。结合拓扑分析中的载荷路径和这两种