基于ANSYS的卡盘夹紧力传感器尺寸优化设计.pdf

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1、２０１４年２月机床与液压Ｆｅｂ２０１４第４２卷第４期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ４２Ｎｏ４ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１－３８８１２０１４０４００２基于ＡＮＳＹＳ的卡盘夹紧力传感器尺寸优化设计邓天华（北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京１００１２４）摘要：运用ＡＮＳＹＳ软件，对六角形卡盘夹紧力传感器的尺寸进行优化设计，提高了传感器的灵敏度，得到了合理的内圆直径和内切圆直径比，满足拉压电阻应变片测量值输出最大化且接近；明确了高速旋转情况下离心力对传感器自身的影响大小。结果表明：利用ＡＮＳＹＳ的优化分析功能进行尺寸的优

2、化是方便、可行的，为卡盘夹紧力传感器的设计分析提供了新的方法。关键词：夹紧力传感器；ＡＮＳＹＳ；优化设计中图分类号：ＴＰ２１２１文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－３８８１（２０１４）４－００３－３ＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＣｈｕｃｋＣｌａｍｐｉｎｇＦｏｒｃｅＳｅｎｓｏｒＳｉｚｅＢａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳＤＥＮＧＴｉａｎｈｕａ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈ

3、ｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｈｅｘａｇｏｎａｌｃｈｕｃｋｃｌａｍｐｉｎｇｆｏｒｃｅｓｅｎｓｏｒｓｉｚｅｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇＡＮＳＹＳ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒ．Ａｒｅａｓｏｎａｂｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｉｎｎｅｒｃｉｒｃｌｅａｎｄｔｈｅｉｎｓｃｒｉｂｅｄｃｉｒｃｌｅｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ，ｔｏｍａｋｅｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒａｉｎｖａｌｕｅ，ｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓｔｒａｉｎｇａｕｇｅｓ，ｍａｘｉｍｉｚｅａｎｄｃｌｏｓｅｔ

4、ｏｅａｃｈｏｔｈｅｒ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｆｏｒｃｅｏｎｔｈｅｓｅｎｓｏｒｉｔｓｅｌｆｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒｏｔａｔｉｏｎ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｉｚｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔａｎｄｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｈｕｃｋｃｌａｍｐｉｎｇｆｏｒｃｅｓｅｎｓｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｌａｍｐｉｎｇｆｏｒｃ

5、ｅｓｅｎｓｏｒ；ＡＮＳＹＳ；Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ液压动力卡盘作为数控机床和车铣复合加工中心２传感器尺寸的优化设计的重要功能部件，向着高转速和高夹持精度方向发使用ＡＮＳＹＳ软件提供的一阶优化设计方法对实展。随着数控机床的发展，国外数控车床电主轴转速际工程中的夹紧力传感器的尺寸进行优化。已达到２００００ｒ／ｍｉｎ左右。但是，由于高速旋转下，２１问题描述卡盘离心力造成的夹紧力损失过大等，会使得夹持精现有一个处于设计状态的液压动力三角卡盘夹紧度下降。因此，在高速旋转情况下，卡盘夹紧力的监力传感器示意图，整体形状为正六边形，采用同一种测就成了卡盘质量优劣的重要评测

6、手段。以高速旋转材料制造。工作最大载荷Ｆ＝１００ｋＮ；最高旋转速度的液压动力卡盘为研究对象，利用ＡＮＳＹＳ对六角形ｎ＝１００００ｒ／ｍｉｎ≈１０４７２ｒａｄ／ｓ；采用电阻应变片为夹紧力传感器进行尺寸优化。感应元件，最大允许应变值为±２με。整体结构和贴１ＡＮＳＹＳ优化设计片位置如图１所示。优化设计是一种在可行域中寻找确定最优设计方案的技术。所谓“最优设计”，是指一种方案可以满足预设定的所有要求，而且所需支出（如质量、体积、应力等）最小。采用有限元法进行优化设计，可在多次迭代的基础上多次计算，因而结果更加准确、可靠。ＡＮＳＹＳ程序提供了两种优化方法：零阶方法。采用最小二乘

7、法逼近，应用普遍，不易陷入局部极值点，但优化精度不高；一阶方法。基于目标函数对设计变量的敏感程度，使用因变量对设计变量的偏导数，在每次迭代中，计算梯度确定搜索方向，适图１结构和贴片位置合于精确的优化设计。设计要求：选择合适的内圆直径和内切圆直径收稿日期：２０１３－０１－１５作者简介：邓天华（１９８７—），硕士研究生，研究方向为机械工程。Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｉａｎｈｕａ２７０６０１＠ｙａｈｏｏｃｏｍｃｎ。·４·机床与液压第４２卷比，使监测点的拉压应变最大值尽可能地接近ε＝由图３可知：内环路径上的节点最大ε＝拉压ε压，并在允许范围