基于ISIGHT的机床主轴结构优化

２２机 床主 轴 的有 限元 结构 分析 ．
本 例 中采 用 的是 在 优 化 过 程 中集 成 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ ，故 应 先对
机 床 主 轴 进 行 有 限 元 分 析 。通 过 Ａ Ｓ Ｓ软 件 对 模 型 进 行 Ｎ Ｙ
优化方法选择 。
从 本 优 化 方 案 的设 计 思 路 来 看 ． 目标 函数 值 主 要 是 南 ＩＩ Ｈ ＳＧ Ｔ解 析 模 块 读 取 Ｃ Ｄ Ｃ Ｅ软 件 结 果 文件 得 到 ，与 设 Ａ ／Ａ 计 变 量 没 有 直 接 的线 性 或 非 线 性 公 式 关 系 ， 因 此 ．该 优 化 数 学 模 型 可 归 属 于 一 种 非 线 性 的 多 目标 约 束 优 化 问 题 。此
（） ７
３ Ｘ ０ ２≤７ ０
９ Ｘ １ ０ ０ ３ ５
式 （ ） 为 性 能 约 束 ， 式 （ ） （ ） （ ） 为 几 何 约 ４ ５ ６ ７
束。
故 该 问 题 的 总 体 优 化模 型 可 表示 如 下
ｍｉ （） ｎ ｘ
ｍｉ
（
）
２ ） 一ｄ 】
图 ４ 运 行 结 果
处 理 方 式 ，使 得 多 目标 问题 成 为 一 种 单 目标 问 题 来 求 解 。
因 此 ， 进 行 优 化 时 其 优 化 算 法 主 要 选 用 了 惩 罚 函 数 法 图 ２ 主轴 位 移 变 形 图
（ ｏ ｋ — ｅｖ ｓ 法 ） Ｈ ｏｅ Ｊｅｅ 方 。运 行 结 果 如 图 ４所 示 。
疲 劳 强 度 的设 计 公 式 为 ：
弯 曲 应 力 ．降 低 齿 轮 失 效 的 可 能 。
总 之 ．本 文 介 绍 的 建 模 和力 学 分 析 方 法 对 相 关 传 动 结 构 的设 计 具 有 一 定 的 借 鉴 意 义 。
参考文献：
５ ． 面 接触 疲劳 强 度设计 ２齿
由齿 面接 触 疲 劳强 度 的校 核 公 式 ：
制造业 信
约 束 函数 包 括 性 能 约 束 和 几 何 约 束 ，如 以下 各 式 ：
ＩＩ Ｈ ＳＧ Ｔ集 成 Ａ Ｓ Ｎ ＹＳ时需 要 Ａ Ｓ Ｓ支 持 命 令 行 批 处 理 ＮＹ 方 式 ， 为 此 需 要 创 建 Ａ Ｓ Ｓ的 Ａ Ｄ Ｎ Ｙ Ｐ Ｌ文 件 ，可 通 过 打 开
将 Ｆ＝ 二 ６ 中 ，ｄ： 代 人 上 式 ，可 得 齿 根 弯 曲 ｔ Ｌ ： 。 ，， ｌ
，
力 点 也 得 以 减 小 。另 外 ，通 过 计 算 发 现 ，对 于 齿 轮 传 动 中 易 失 效 的 齿 轮 可 以 适 当增 大 齿 宽 和 轮 齿 模 数 ，以 减 小 齿 根
现 面 板 机 构 的 翻 转 ：巧 用 扭 簧 来 克 服 初 始 翻 转 时 的 “ 死
５齿 轮 传 动机 构 强 度 设 计
５１齿 根 弯 曲 疲 劳 强 度 设 计 ．
由齿 根 弯 曲疲 劳强 度 的校 核 公 式 ：
＝ ａＦ ， ｐ
点 ” 等 。 通 过 计 算 分 析 并 结 合 实 际 应 用 发 现 ，扭 簧 的 扭 矩
（ 下转 第 ７ 页） ７
究 与
６总 结
＝ ・
／ ．ｘ ６ ９５１） ５ ０＝
＝．７１３ Ｗ ＝．７ ０８ ０（ ）０８ ３ｘ－ ｋ ３ｗ
本 文 分 析 的传 动机 构 符 合 强 度 设 计 的要 求 。机 构 设 计 合 理 。如 ：齿 轮 的 分 布 、传 动 比 的 分 配 ；采 用 四 连 杆 来 实
外 ．Ｉ Ｉ Ｓ ＧＨＴ的 优化 模块 对 多 目标 优 化 问题 采 用 了 归 一 化 的
创 建 ．并 对 其 施 加 载荷 及 约 束 。最 后 求 解 ［．结 果 如 图 ２ ５ ３
和 图 ３所 示 。 由 图 ２和 图 ３可 知 ：最 大 挠 度 为 ０Ｏ ７ ｍ ． ７ ｍ， ３ 小 于 许 用 挠 度 ｙ， 符 合 要 求 ； 最 大 等 效 应 力 为 ３ ．Ｍ ａ ０ ７７ Ｐ ， 取 安 全 系 数 为 １ ３ 则 材 料 的许 用 应 力 为 『 ． ， ３ 盯］ ＝ ３ ／ ２ ５ １ ３ １ ６７ ａ ． ＝７ ． ３ ＭＰ ，故 主 轴 的 强 度 满 足 要 求 。
在 帮 助 面 板 上 翻 的 同 时 ，也 构 成 了 面 板 下 翻 时 的 阻 力 矩 ， 形 成 了 下 翻 至 ０ ～ 。 的 “ 大 阻 力 点 ” 即 制 造 了 新 的 。５时 最 ． “ 点 ” 因 此 根 据 计 算 ，适 当 地 减 小 扭 簧 的 扭 矩 ，最 大 阻 死 。
ｇｃ ＝
３０ ０ ． ５ ≤６ ０
一 ｓ。
（） ４
ｊｂ ａ ． ｇ 日志 文 件 提 取 Ａ Ｄ ｏ ｎ ｍｅ ｏ １ Ｐ Ｌ文 件 。 创 建 了 Ａ Ｄ Ｐ Ｌ文 件 之 后 就 可 以应 用 Ｉ Ｉ ＨＴ集 成 Ａ Ｓ Ｓ对 主 轴 进 行优 化 ＳＧ Ｎ Ｙ
（） ５ （） ６
ｇ （） ０／ ≤０ 。 ， ＝９ ｘ 一Ｉ
ｌ ≤。
图 ３ ｖ ｎ Ｍｉ ｓ 成 应 力 图 ｏ ｓ 合 ｅ
２３基 于 ＩＩ Ｈ ＿ ＳＧ Ｔ的主轴 优化
应 用 ＩＩ Ｈ ＳＧ Ｔ对 主 轴 进 行 优 化 时 ．首 先 要 进 行 参 数 的 设 置 ：包 括 变 量 的 设 置 、 目标 函 数 设 置 、 约束 函 数 设 置 及
（一ｘ
）
２ ０ ］ ） 一９ ０
每嵩
一
＿ ｔ ） ｊ ３ ｘ＋ｘ ） ｆ （ ＝ ｘ ， ３ ＿ ｇ ． （ ２ ３二 Ｆ ２
ｇ （） ／ ５ ２ ＝ ６ ０—１ ０ ｇ （） ０ ｌ ０ ３ ＝３ ０／ 一１ ｇ （） ２ ７ ｄ ＝ ／ ０—１ ０ ｇ （） ０／ —１ ５ｘ ＝３ ２ ｓ０ ｇ （） ３ １ ０ ≤０ ６ ＝ｘ ／ ５ —１