基于COSMOS 的异型石材加工中心用横梁结构设计与分析

   3 横梁结构改进及尺寸优选
  
   (1)传统结构的改进
  
   通过以上分析，可以看出:传统结构中所使用的加强筋并没有起到加强横梁刚度的作用。因此本文作者去掉了中间了加强筋同时将横梁两侧的侧板合并到中间位置，在其两侧加上必要的倒角。其刨面结构如图6 所示。
  
   使用与传统结构相同的方法，在Solidwork 中建立模塑。添加与之前相同的约束和载荷及网格并进行分析计算。其Y 向位移如图7 所示。
  
   从图解中可以看出:与传统结构相比，改进后的结构不但横梁的总体质量为: 2593.69kg，比传统结构轻，而其关键的横梁中心位置的Y 向位移为0.17mm ，比传统结构要小得多。
  

   (2) 结构尺寸优选
  
   从国7 中还可以看出:其宽度L 与倒角半径R 是影响横梁受力特性的主要因素。跟据横梁结构设计的需要，其中L≤180mm， R ≤(400-L)/2 mm。 分别通过在-维空间内分别使用横梁相应的L 及R 尺寸，得出横梁中心位置的Y 向最大输出及横梁质量关系如表2所示。
  
   图8 反映了横梁Y 向位移与横梁质量之间的关系，从图表中可以看出，当横梁Y 向位移小于0.160mm 时，横梁总重随线性增长当横梁Y 向位移大于O.163mm 时，横梁总重增长最快;当横梁Y 向位移介0.163-0.160 之间时，横梁总重出现了非线性关系。这主要是因为当横梁底宽在L 120mm 左右时，横梁倒角承担的应力与横梁底部承担的应力相当。根据横梁结构特点，笔者优选横梁Y 向位移为O.16mm，总重为2959kg 时对应的横梁尺寸。查表2可以得出，此时横梁可以有两组尺寸组合，一组为:L=1OOmm,R=BOmm; 另一组为:L=130mm,R=100mm。根据横梁结构特点，横梁底部宽度L 越小，则横梁下方安装丝杠和转铀的空间越大。所以优选第一组数据，即: L= l00mm， R=130mm。
  

   4 结论
  
   本文作者通过使用Solidworks 建模及其自带的COSMOSIWorks 有限元分析模块对横梁进行静态分析，极大地将少了使用传统的ANSYS、NASTRAN 等有限元分析软件所要花费的建模时间，可以快速地对多组方案进行分析比较。通过分析，笔者发现:传统石材加工机械所使用的横梁结构并不能很好地加强横梁的强度。通过对改进后的结构的数据分析，笔者获得了一组横梁尺寸的最佳设计方法，即其横梁底部宽L=100mm,倒角R=130，其横梁总重为2959kg,横梁Y向最大位移为0.16mm。