四分头机构的多目标结构优化

费伊平^1,2，杨金堂^1,2，周泽^1,2，晏远志^1,2

1. 冶金装备及其控制教育部重点实验室(武汉科技大学)2. 机械传动与制造工程湖北省重点实验室(武汉科技大学)

摘 要：首先借助ANSYS Workbench对四分头机构进行有限元分析,找出薄弱环节。然后采用加强筋的处理方法分析其对整体结构的影响,并利用拓扑优化确定四分头机构的整体结构形状。针对四分头机构的动态性能对其进行了谐响应分析,找到了其动态薄弱环节为其第一阶固有频率,分析出四分头机构各尺寸参数对其固有频率、自身最大应力、变形以及质量的影响,求解出在满足强度、刚度要求且不发生共振的情况下四分头机构轻量化最优解。优化结果表明:四分头旋转架的第一阶固有频率提高了24.9%,最大位移变形值减小了47.8%,最大等效应力减小了77.9%,质量减小了23%。提高了机构的强度,安全性能,减少了质量,降低了机构的材耗、能耗,节约了成本。

关键词：ANSYS Workbench;拓扑优化;频率优化;尺寸参数化;模态分析;