1、第37卷第O2期 2016年O2月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery V0l-37NoO2 Feb2016 doi：lO13436jmkjx201602027 B=二 问题探讨 =口 基于ANSYS Workbench龙门 铣床横梁的多目标优化术 任工昌，王晨。Kt 川 (陕西科技大学机电工程学院，西安710021) 摘 要：利用Solidworks软件进行三维建模，以ANSYS Workbench有限元分析作为横梁优化分 析平台。对龙门铣床横梁进行动静态有F-JL分析。针对横梁的结构尺寸进行灵敏度分析针对提高横 梁固有频率和降低横粱质量为出发点。最终分析出影响横梁固有频
2、率和质量较大的3个尺寸以此 为基础进行多目标优化。结果表明：优化的结果提高了横梁部件的固有频率。比原基础上提高了 18。质量比原来基础上降低了23，实现了横梁多个参数的优化提高了铣床的加工精度。为龙门 铣床横梁优化设计提供了新的方法 关键词：ANSYS Workbench；龙门铣床：横梁；多目标优化 中图分类号：TH122；TG54文献标志码：A文章编号：10030794(2016)02006503 Multi-objective Optimization Design of Gantry Milling Machine Bean Based on ANSYS Workbench REN Go
3、ng-chang。WANG Chen。TIAN Chuan (College of Mechanical and Electrical Engineering，Shaanxi University of Science and Technology，Xian 710021，China) Abstract：Using Solidworks modeling，the finite element analysis is used as the optimization platform of the beamDynamic and static element analysis of gantry
4、 milling machine was done by software WorkbenchSensitivity analysis on the structure size of the beam，for improve the quality of beam natural frequency and reduce the beam as the starting pointUltimately affect the beam is analyzed with the natural frequency and quality of the larger three dimension
5、s，based on multiobjective optimization The results show that the optimized results improve the natural frequencies of the beam parts，compared to the original on the basis of increased by 18based on the quality than the original was reduced by 23the optimization of the parameters of the beams is real
6、ized，improve the milling accuracy of the milling machineIt provides a new method for optimizing the design of the beams of milling machine Key words：ANSYS Workbench；gantry milling machine；beam；muhiobjective optimization 1静力学分析 (1)横梁有限元模型的建立 由于横梁结构内部有许多肋特征结构，内部特 征复杂Workbeneh在几何建模方面的功能不强大， 并且建模复杂，因此用S
7、olidworks软件建立出横梁 的三维模型。为了优化分析效率，在将实体模型导 人有限元软件之前需进行适当的简化。为了在 Workbench中识别参数将Solidworks中需要优化 的参数前加DS一。如图1所示为导人Workbench后 的几何模型 图1横梁的三维模型 国家自然科学基金项目(51 175314)；陕西省科学技术研究发展计 划项目(2014GY204) 有限元网格划分是进行有限元数值模拟分析至 关重要的一步它直接影响着后续数值计算分析结 果的精确性。有限元计算只有网格的节点和单元参 与计算，在求解开始，对复杂的模型，采用自动网格 划分比较省时省力Meshing平台会自动生成默认
8、 的网格因形状不规则程序自动产生的是四面体 网格 网格划分后，得到模型节点数27 148个，单元 数14 474。 (2)施加载荷 载荷要根据实际的工况来进行施加。才会得出 正确的结果。横梁处于中间位置的时候变形量最 大因此分析主轴箱在这个位置时候的受力。横梁2 个导轨面受到滑枕、托板、主轴等零件的重力。还要 考虑到其自身的重力。横梁与立柱之间为螺钉联 接将横梁与立柱视为一个整体故将横梁的底面 施加固定约束，进行有限元分析(见图2)。 一65 第37卷第02期 2016年O2月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery V0l_37No02 Feb2016 doi：1013436
9、jmkjx201602028 减速机齿轮轴的断裂失效分析 张宏伟 。王艳丽z。郑喜平， (1焦作市质量技术监督检验测试中心，河南焦作454000；2河南理工大学万方科技学院f郑州校区1 郑州450000；3郑州精益达汽车零部件有限公司，郑州450000) 摘要：某带式输送机的减速机齿轮轴发生早期断裂事故，通过对该轴的显微组织、布氏硬度、 强度校验、宏观断口及力学性能进行详细分析。结果表明：减速机轴在使用过程中存在扭转应力和旋 转弯曲应力，其断裂属于高周疲劳断裂；裂纹位于轴的表面。同心度超差和重栽荷启动是形成裂纹源 的主要原因。 关键词：减速机；疲劳断裂：失效分析：断口形貌 中图分类号：TG11
10、52 文献标志码：A 文章编号：10030794(2016)02006703 Failure Analysis on Gear Shaft of Reducer ZHANG Hong-wei ，WANG Yan-li2，ZHENG xiping (1Jiaozuo Quality Supervise Detection Center，Jiaozuo 454000，China；2Wanfang College of Science and Technology Henan Polytechnic University(Zhengzhou Campus)，Zhengzhou 450000，Chin
11、a；3Zhengzhou Jingyida Auto Part8 Co， Ltd，Zhengzhou 450000，China) Abstract：A gear shaft of reducer of conveyor was fractured earlyThe microstructure，brinell hardness， strength check，macro fracture and mechanical properties were investigated earnestlyThe results show that there are torsion force and r
12、otation bending stress in procession of workIt belongs to high cycle fatigue fracture and the crack origin is located on the shaft surfaceThe main reasons of the shaft crack source are the high degree of concentric and heavy load charge Key words：reducer；fatigue fracture；failure analysis；fracture mo
13、rphology 集合进行试验得到目标函数和约束函数的响应面 模型来预测非试验点响应值的方法。响应面法针 对多目标优化能够有效地找到可行解集中更优的 设计点。有关的优化结果见表3。优化前后尺寸对比 见表4 表3优化结果 设计点 设计变量设计变量设计变量1阶频率结构质量最大应力 旦! 一 A 18 27 37 37304 1 2408 278 曰 18 27 32 36696 1 2167 284 C 20 22 35 36346 1 2382 256 表4优化前后尺寸变化 变量名称 设计值mm 优化值nun 最大应力远小于材料的强度极限减小最大应 力并不是主要矛盾。1阶固有频率的提高对横梁的
14、影响固然重要。但相比减轻横梁来说优化等级应 该次之。所以综合考虑选取 点数据为优化结果。 把优化后的尺寸重新生成横梁模型然后重新 进行静动态分析并将所得的结果和原设计进行比 较计算出横梁实际的优化效果。优化效果对比如 表5所示 表5优化结果对 通过优化结果的对比可以看出质量在一定程 度上有所降低的同时，固有频率也提高了从总体 上提高了横梁的动静态性能，达到了优化的目的 具有现实意义 4结语 通过Solidworks建立横梁的三维模型导人 ANSYS Workbench中为多目标优化设计提供了模 型基础。通过静、动态有限元分析，确定了横梁的优 化空间。通过灵敏度分析确定优化尺寸。在优化设 计模块
15、中进行尺寸优化从而提高了横梁的性能 为龙门铣床横梁的设计提供了一种行之有效的方 法具有良好的实际工程意义。 参考文献： 1廖伯瑜，周新民，尹志宏现代机械动力学及其工程应用M北 京：机械工业出版社。2003 2杨晓京，陈子辰，刘剑雄，等基于ANSYS静刚度分析的XK640 数控铣床关键零部件优化设计J机床与液压，2007(9)：42-45 3余丕亮，林晓波，唐明松基于ANSYSWorkbench的滑座有限元 分析J装备制造技术，2012(7)：4142+91 4曹录海，任工昌，翁涛基于Workbench的齿轮泵轮齿有限元分 析J机床与液压，2015，43(1)：127129+148 5夏田，马晓钢，张功学高速立式加工中心滑座的设计与拓扑优 化J机床与液压，2011，39(3)：104106 6韩滔高速立式加工中心关键部件结构优化D大连：大连理工 大学2010 7查太东，杨萍基于AnsysWorkbench的固定支架优化设计J煤 矿机械，2012，33(2)：2830 8刘成颖，谭锋，王立平基于灵敏度分析的机床床身多目标优化 研究J组合机床与自动化加工技术，2015(3)：14 作者简介：任工昌(1962一)，陕西西安人，教授，博士。主要研究 方向：产品创新设计理论、机电设备实时监控、CAD、机构综合、工业 设计 一67一 责任编辑：于秀文收稿日期：20150921
