3移動橫梁優化設計3_1橫梁優化設計
根據橫梁靜態分析結果，選擇橫梁上下導軌支撐筋板作為設計變量，以橫梁總形變最小及重量最小為目標函數。在優化設計分析過程中，保證優化前與優化后的橫梁所施加的載荷與約束相同。
如圖6所示，因滑板部件位于橫梁中間位置時，橫梁形變最大，為提高橫梁剛性，將橫梁上導軌部位的下支撐筋板設計成45。傾斜狀；將橫梁下導軌部位的上支撐筋板設計成45。傾斜狀。
_由以上分析可知優化后橫梁上導軌面在豎直方向上受力減少了 F/,彎矩減小了 FJ。因下導軌支撐筋板設計與上導軌類似,這里不做具體介紹。
3.2橫梁優化結果分析
對優化后的橫梁模型進行有限元分析，對比優化前后滑板部件位于橫梁中間位置時的有限元分析主要性能參數，如表3所示，優化后橫梁形變總位移減小了10.6%,質量減輕了 i36kg, _階固有頻率也有所增加,J、y、f軸向形變均有減少，且F向形變降低幅度最大,降幅達13. 1 % ,說明優化后橫梁的整體剛度有所提高，輕量化效果明顯。
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表3優化前后主要參數
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參數
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優化前
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優化后
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變化量
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總位移//Ltm
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36.109
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32.300
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-10.6%
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質量/kg
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13585
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13449
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-136
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一階頻率/Hz
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138.68
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139.17
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+ 0.49
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■I向形變/ym
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3.59
|
3.63
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+ 0.04
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7向形變//ttm
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26.81
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23.30
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-13.1%
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Z向形變/gm
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24.37
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23.09
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—5.3%
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注“+”表示增加
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減少。
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橫梁各階振型頻率與振幅如表4所示，可以發現,在振幅基本不變的情況下，優化后橫梁的前6階固有頻率均有所提高，且均大于加工中心最大激振頻率（加工中心主軸轉速為〇 -eOOOr/min,主軸對橫梁的激振頻率為0?100Hz)M，說明橫梁的優化設計是合理的。
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表4各階振型參數
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階數
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優化前
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優化后
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固有頻率/Hz
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最大振幅/mn
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i固有頻率/Hz
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最大振te/mm
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1階
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138.68
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18.13
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139.17
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18.24
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2階
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148.79
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17.21
|
149.77
|
17.61
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3階
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188.87
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23.60
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190.09
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23.56
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4階
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223.82
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26.86
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224.99
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26.97
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5階
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265.98
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36.39
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267.29
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36.39
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6階
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271.39
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45.56
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272.08
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45.59
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為對比優化前后橫梁其他位置的變形情況，分別對優化前后橫梁滑板部件位于橫梁不同位置時的靜態特性進行分析。因該橫梁滑板在橫梁上的行程為3700mm,因此從距橫梁左側1200mm處開始取受力面中心，依次每間隔200mm進行不同位置的靜態特性有限元分析，取至距橫梁左側4.8m處為止。分析出的橫梁總變形曲線圖如圖8所示，優化前后橫梁最大形變位置均位于橫梁中間位置，并且向橫梁兩側隨著距離的增大形變逐漸減小,優化后橫梁形變減小明顯。
4結論
(1) 對橫梁進行結構簡化并建立振動力學模型^理論計算原橫梁的最大變形量和一階固有頻率，其結果與仿真結果相近。通過優化設計橫梁外形結構，對比優化前后橫梁靜、動態特性，優化后的橫梁中間薄弱位置總變形減小了 10.6%,y向形變減少了 13. 1%,橫梁整體質量減輕了 136kg,—階固有頻率也有所增加，橫梁整體剛性得到了提高,取得了良好的輕量化效果。證明了該優化設計方法的合理可性，為其它零部件優化設計提供了借鑒方法。
(2) 文中僅對橫梁上下導軌處的結構進行了設計與改進，從而達到提高橫梁剛性及輕量化效果。若對橫梁內部筋板結構(井字形,口字形,x形，等）進行設計與分析，以及針對橫梁變形問題采取相應的補償措施，將進一步優化橫梁結構與性能,這將作為今后的研究方向。
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