3 橫梁結構改進及尺寸優選
(1)傳統結構的改進
通過以上分析,可以看出:傳統結構中所使用的加強筋并沒有起到加強橫梁剛度的作用。因此本文作者去掉了中間了加強筋同時將橫梁兩側的側板合并到中間位置,在其兩側加上必要的倒角。其刨面結構如圖6 所示。
使用與傳統結構相同的方法,在Solidwork 中建立模塑。添加與之前相同的約束和載荷及網格并進行分析計算。其Y 向位移如圖7 所示。
從圖解中可以看出:與傳統結構相比,改進后的結構不但橫梁的總體質量為: 2593.69kg,比傳統結構輕,而其關鍵的橫梁中心位置的Y 向位移為0.17mm ,比傳統結構要小得多。
(2) 結構尺寸優選
從國7 中還可以看出:其寬度L 與倒角半徑R 是影響橫梁受力特性的主要因素。跟據橫梁結構設計的需要,其中L≤180mm, R ≤(400-L)/2 mm。 分別通過在-維空間內分別使用橫梁相應的L 及R 尺寸,得出橫梁中心位置的Y 向最大輸出及橫梁質量關系如表2所示。
圖8 反映了橫梁Y 向位移與橫梁質量之間的關系,從圖表中可以看出,當橫梁Y 向位移小于0.160mm 時,橫梁總重隨線性增長當橫梁Y 向位移大于O.163mm 時,橫梁總重增長最快;當橫梁Y 向位移介0.163-0.160 之間時,橫梁總重出現了非線性關系。這主要是因為當橫梁底寬在L 120mm 左右時,橫梁倒角承擔的應力與橫梁底部承擔的應力相當。根據橫梁結構特點,筆者優選橫梁Y 向位移為O.16mm,總重為2959kg 時對應的橫梁尺寸。查表2可以得出,此時橫梁可以有兩組尺寸組合,一組為:L=1OOmm,R=BOmm; 另一組為:L=130mm,R=100mm。根據橫梁結構特點,橫梁底部寬度L 越小,則橫梁下方安裝絲杠和轉鈾的空間越大。所以優選第一組數據,即: L= l00mm, R=130mm。
4 結論
本文作者通過使用Solidworks 建模及其自帶的COSMOSIWorks 有限元分析模塊對橫梁進行靜態分析,極大地將少了使用傳統的ANSYS、NASTRAN 等有限元分析軟件所要花費的建模時間,可以快速地對多組方案進行分析比較。通過分析,筆者發現:傳統石材加工機械所使用的橫梁結構并不能很好地加強橫梁的強度。通過對改進后的結構的數據分析,筆者獲得了一組橫梁尺寸的最佳設計方法,即其橫梁底部寬L=100mm,倒角R=130,其橫梁總重為2959kg,橫梁Y向最大位移為0.16mm。
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