龍門加工中心機(jī)橫梁模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
　　
　　1.橫梁模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化

　　根據(jù)材料力學(xué)理論可知,，純扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的剪應(yīng)力是成對(duì)出現(xiàn)的,，大剪應(yīng)力出現(xiàn)在與主平面成45°和135°的平面上,，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)把筋板布置在與主平面成45°和135°的平面上,，用來(lái)承受扭轉(zhuǎn)載荷的作用，可以提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度,。如圖10所示,，作用在對(duì)角筋板上的橫向和縱向剪應(yīng)力，分別在筋板方向和垂直筋板方向分解，垂直筋板方向的兩個(gè)力分量大小相等,，方向相反,，互相作用，限制筋板扭轉(zhuǎn)變形,。而沿筋板方向力的分量如圖11所示,，表現(xiàn)為沿筋板方向的拉壓。

　　由前面對(duì)原結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析結(jié)果可知,，橫梁抗扭剛度的提高對(duì)機(jī)床整機(jī)性能的改善十分重要，根據(jù)上面提到的對(duì)角筋板抗扭理論,，將橫梁內(nèi)部的縱向筋板改為雙X型,，為了充分發(fā)揮縱向筋板的抗扭性能，筋板布置角度應(yīng)盡量與水平面成45°和135°方向,。再考慮到橫梁的階振型為前后方向的彎曲,，為加強(qiáng)該方向剛度的彎曲剛度，在橫梁中間位置布置一根水平筋板,，修改后橫梁縱向筋板的形式如圖12所示,。

　　再根據(jù)上面提出的筋板布置理論，在橫梁內(nèi)部設(shè)計(jì)了一對(duì)斜支撐形式的筋板,。后得到的橫梁筋板形式如圖13所示,。橫梁外形尺寸與原結(jié)構(gòu)相同，橫梁外壁板厚度保持25mm,，筋板厚度由原來(lái)的20mm調(diào)整為15mm,，橫向筋板布置保持原來(lái)形式。

　　2.性能對(duì)比分析

　　(1)原橫梁與修改后橫梁模態(tài)分析比較,。

　　考慮到機(jī)床的實(shí)際工作頻帶,，可以認(rèn)為橫梁的前2階模態(tài)特性對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能有著重要作用。表2為原橫梁結(jié)構(gòu)與改進(jìn)后的橫梁結(jié)構(gòu)分析結(jié)果比較,。改進(jìn)后橫梁第1階和第2階固有頻率較原橫梁結(jié)構(gòu)均有一定提高,。根據(jù)(式中為第n階固有頻率，分別為對(duì)應(yīng)的模態(tài)剛度和模態(tài)質(zhì)量)可知,，改進(jìn)后的橫梁對(duì)應(yīng)的模態(tài)抗扭剛度有了顯著提高,，并且原橫梁結(jié)構(gòu)中對(duì)整機(jī)動(dòng)態(tài)性能有重要影響的第2階扭曲振型，在改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)中變?yōu)榈?階振型,，該階振型的固有頻率值提高了13.9%,，因此改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)達(dá)到了提高橫梁動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。

　　(2)原整機(jī)模型與新橫梁整機(jī)模型靜態(tài)分析比較,。

　　把改進(jìn)后的橫梁與其他原機(jī)床零部件進(jìn)行重新裝配,，得到新橫梁整機(jī)結(jié)構(gòu)模型，對(duì)該模型進(jìn)行靜力分析和動(dòng)力分析,。表3為原整機(jī)模型與新橫梁整機(jī)模型靜態(tài)分析比較,。從分析結(jié)果可以看出橫梁在自重減輕了4.2%的情況下,，通過(guò)內(nèi)部筋板的合理布置，整機(jī)的靜態(tài)性能不僅沒有減弱,，反而在3個(gè)方向均有一定的提高,，特別是Z向靜剛度值提高了7.4%左右。

　　(3)原整機(jī)模型和新橫梁整機(jī)諧響應(yīng)分析比較,。

　　進(jìn)行諧響應(yīng)分析,，把分析結(jié)果和原整機(jī)模型的諧響應(yīng)分析結(jié)果進(jìn)行比較，得到圖14,?？梢钥闯鰴M梁經(jīng)過(guò)優(yōu)化后得到的新橫梁整機(jī)結(jié)構(gòu)在40～140Hz的諧振力作用下，振幅比原整機(jī)模型有所下降,。但是在共振點(diǎn)振幅下降不明顯,，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)在共振點(diǎn)處的振幅主要是由結(jié)構(gòu)的阻尼決定，而不是由動(dòng)剛度決定,。諧響應(yīng)分析也可以看出新結(jié)構(gòu)比原整機(jī)模型的各個(gè)共振點(diǎn)頻率均有所提高,，這也證明了模態(tài)分析結(jié)果的正確性。從上面動(dòng),、靜力學(xué)分析結(jié)果可以看出,，橫梁新結(jié)構(gòu)使整機(jī)動(dòng)態(tài)性能有一定的提高。并且這里提出的斜支撐筋板結(jié)構(gòu)已經(jīng)在其他機(jī)床的橫梁中得到應(yīng)用,，使用后效果明顯,。更多關(guān)于龍門加工中心的資訊請(qǐng)見：http://www.yxskkj.com.cn