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基于拓扑优化的深孔钻床主轴箱的结构重构
  • ISSN号:1001-3881
  • 期刊名称:机床与液压
  • 时间:2013.4
  • 页码:150-153
  • 分类:TP391.9[自动化与计算机技术—计算机应用技术;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]中北大学机械工程系,山西太原030051, [2]山西省深孔加工工程技术研究中心,山西太原030051
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(51175482);山西省科技攻关项目(20090322012)
  • 相关项目:基于多体系统理论的深孔加工直线度控制技术研究
中文摘要:

为有效提高深孔钻床关键件的动态性能并减轻其质量,运用有限元分析和拓扑优化相结合的方法,对Z8016深孔钻床主轴箱进行了结构优化设计。利用Pro/E对Z8016主轴箱初始结构进行了三维建模并导入HyperMesh进行模态分析;根据变密度法的基本思想,建立以箱体结构的相对密度为设计变量、以一阶固有频率最大化为目标函数、以体积分数(质量)为约束条件的拓扑优化模型,并以HyperWorks/OptiStruct软件为工具,对其进行拓扑优化,得到了主轴箱材料的最优分布图;根据优化方案对初始结构进行了重构设计。研究结果表明:改进后的主轴箱结构,一阶固有频率提高了6.71%,质量减少了6.85%,动态特性满足设计要求,从而为深孔加工机床中其他关键部件的结构优化提供了参考。

英文摘要:

To improve the dynamic characteristics and to reduce the weight of the key parts of deep-hole drilling machine, structural optimization design of spindle box of Z8016 was performed based on FEA and topology optimization. The original 3D solid model of the spindle box was built by using Pro/E, and modal analysis was carried by the platform of HyperMesh. According to the theory of density, the topology optimization model was established by taking the relative density of the structure as design variables and maximi- zing the first-order natural frequency of the spindle box as objectives and the volume fraction as constraint conditions. The goals of im- proving the natural frequencies of the spindle box and reducing the structural weight were achieved and an optimal distribution of struc- tural material of spindle box was obtained. .Depending on the optimization results, the model of spindle box was redesigned. From the optimization results, the first-order natural frequency is improved by 6. 71%, the mass is reduced by 6. 85%. The dynamic charac- teristics meet the design requirements. It provides reference for optimization design of other critical parts of deep hole drilling machine.

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期刊信息
  • 《机床与液压》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国机械工程学会生产工程分会 广州机械科学研究院
  • 主编:闵新和
  • 地址:广州市黄埔区茅岗路828号
  • 邮编:510700
  • 邮箱:jcy@gmeri.com
  • 电话:020-32387859
  • 国际标准刊号:ISSN:1001-3881
  • 国内统一刊号:ISSN:44-1259/TH
  • 邮发代号:46-40
  • 获奖情况:
  • 2011荣获第四届广东省优秀科技期刊一等奖2010年...
  • 国内外数据库收录:
  • 中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:28254