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重载操纵机钳臂布局的多工况拓扑优化设计

作者:admin    发布时间:2020-04-06 16:50     浏览次数 :


  工况描写工况位姿参数与载荷数值钼口竖直放聊:FY=800000(锻件对银臂竖直向下的正压力)F:X=1250000(钳臂和锻件之间的摩腠力)钼□相对竖直放聊顺时针旋转45度:FX=-850000(均衡重力的摩擦力)FY=550000(钼臂遭受锻件的y偏向正压力)FZ=277000(钳臂遭受的锻件x偏向正压力)(均衡锻件重力对付支点的力矩)钼□程度安排:MY=980000(均衡锻件重力对付支点的力矩)P=soooooo(均衡锻件重力的面上均布载荷)2.2有限元阐明功效按照上述的约束和载荷条件,在ANSYS中对表1所示的3种正常工况以及差池称夹持的奇异工况举办有限元阐明,获得应力漫衍以及变形的环境,提取各工况应力及变形的最大值如表2所示:表2差异工况下钳臂受力环境工况第一主应力(MPa)变形环境(mm)竖直安排旋转45度程度安排奇异工况按照钳臂在4种加载环境下的有限元阐明功效,可以总结出应力漫衍及变形的特点:整体来看,钳臂布局大部门的应力都在质料许可范畴内,少数应力会合区域应力值较大,这与钳臂布局局部粉碎造成的操纵机无法正常事情的实际环境相符。

  在上述4种工况中,应力较大的是程度安排工况和差池称夹持工况。就这两种工况而言,锻件的重量都是由钳臂和钳口打仗部门的小面积来包袱,从而造成了钳臂最大主应力值比其它工况偏大的环境。在操纵机实际事情中,还应该思量动力特性等因素的影响,因此,这两种工况是造成钳臂粉碎的主要工况。

  整体来看,钳臂后部以及下部应力值较小,与钳口以及钳锷打仗部门的应力值相对大一些,本章的有限元阐明功效可以作为下一章优化设计的基本。

  给出的4种加载条件下钳臂的变形功效显示,最大变形量1.07mm产生于差池称夹持工况,四种载荷下的最大变形均产生在钳头,钳臂的后部根基没有变形。总体来看钳臂布局的变形量不大,也就是说钳臂布局设计的刚度机能不错。虽然钳臂布局的刚度还与质料的硬度有关,锻造、热处理惩罚等进程的工艺对钳臂布局的硬度影响也很大。

  3.钳臂布局的多工况拓扑优化3.1优化设计的数学模子最优化问题的数学模子一般形式为:个中,X是一个维设计变量;/x)为方针函数;和别离为不等式约束和等式约束;rn和户为相应的个数。

  3.2钳臂布局多工况拓扑优化今朝,对付持续体布局研究最多的是单工况下的拓扑优化问题,对多载荷条件下持续体布局拓扑优化问题的研究,多回收加权平均值要领求解。OptiStruct软件中回收线性加权法处理惩罚多方针拓扑优化问题,将多方针问题转化为单方针问题求解,实现利便。

  本文利用HYPERMESH/OptiStruct对操纵机钳臂举办拓扑优化阐明。以钳臂体积作为约束函数,以各工况载荷下对应的最小柔度作为方针函数,回收加权平均值要领研究了多工况条件下钳臂的拓扑优化问题,获得了公道的钳臂拓扑机关。

  钳臂在利用进程中要遭受多种载荷的浸染。假如其刚度设计不公道,对钳臂事情中的机动性和哄骗不变性发生倒霉影响,从而影响操纵机的主动安详性,因此研究钳臂布局的刚度显得十分重要。本文基于加权平均值要领,将多工况载荷对应的多方针函数优化问题转化为单方针函数优化问题,在优化软件中成立了钳臂竖直安排、顺时针旋转45度和程度安排3种工况下钳臂布局的多刚度拓扑优化的数学模子,实现了钳臂的多刚度拓扑优化。

  成立有限元模子。在HYPERMESH中成立了拓扑优化的基布局,有限元模子包罗了实体单位和刚性单位RBE2,钳臂的质料属性已经赋予到有限元模子傍边。

  在模子上施加载荷和位移界线条件。在HYPERMESH中完成对载荷的施加和位移界线条件的设定,位移约束和载荷的施加拜见2.1.界说拓扑优化的设计空间:界说钳臂与钳身和钳锷毗连的部门为不行设计域,其他部门为设计区域。

  界说拓扑优化的约束:对体积举办约束,使优化后体积上限为设计域的体积。

  界说拓扑优化的方针函数:布局刚度最大化拓扑优化是研究在设计域内获得使布局刚度最大的质料漫衍形式的问题。多个工况下的刚度拓扑优化问题凡是称作多刚度拓扑优化问题。每个工况对应一个刚度的最优布局拓扑,一般来说,差异的载荷工况将获得差异的布局拓扑。因此多刚度拓扑优化问题属于多方针拓扑优化问题。本文把刚度最大问题等效为柔度最小问题来研究,柔度则用应变能来界说。于是获得多刚度拓扑优化的数学模子:积;V为设计空间的最概略积;k为第k个工况的权值;cmin是第k个工况柔度方针函数的最小值。在OptiStruct中可以通过自界说函数的要领来实现上面的加权公式,然后把界说好的函数设为响应,最后把该响应作为方针函数举办优化。

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