COSMOS分析优化产品设计.pdf

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1、精密制造与自动化2010年第2期应用SolidWorks／COSMOS分析优化产品设计孟鸿飞上海机床厂有限公司(200093)摘要通过实例介绍了利用SolidWorks／COSMOS软件进行有限元建模和分析的过程，并介绍了利用SolidWorks／COSMOS软件如何改进设计。为机械产品的优化设计提供了有效方法。关键词有限元法SolidWorks／COSMOS应力当今客户对轧辊磨床的要求越来越高，对磨削型。因其磨削的轧辊重，所以其基础零件，如床身、的轧辊的精度、表面粗糙度、辊形误差等方面提出头架体壳、尾架体壳等零件的受力分析尤为重要。了很高的要求

2、，轧辊磨床的最大可承载重量从最初为了保证这些零件能满足重载条件下的正常运转，的3t、5t，提高到现在的30t、50t、80t、150t我们需要对零件作有限元分析。分析的结果可帮助等。如何设计出承载更大并且安全的产品，尤其是改进设计方案。下面介绍以头架体壳为例说明其过产品中的关键零部件，如床身、头架、尾架等，就程。显得更为重要。因为这些部件对整体机床的最大可承载重量起到关键的作用。构成这些部件的大型铸件能否承载更大重量，是否安全可靠?为解决大型铸件的受力问题，我们在传统设计的过程中，应用了现代设计方法——有限元分析法。有限元分析是机械设计工程师不可

3、缺的重要工具，广泛应用于机械产品的设计。它是通过计算图1数控轧辊磨床模型机建模，再用有限元分析软件作相应的分析。计算机建立几何模型的过程，就是传统设计的计算机建在进行头架体壳有限元分析时，为了减少模型模过程。几何模型的好坏，是工程师的传统设计思对软件和计算机的超高要求，在保证分析精度的前想的一种体现。好的设计作品，是要经过反复设计、提下，我们有必要适当简化计算模型。在这里将零修改、完善，再加上实际使用的反复检验，最后形件中的小安装孔都省略掉。图2所示为在成的产品。通过计算机建模，可直观地看到真实零SolidWorks中所建立的头架体壳的三维模型。

4、件的形状，再用有限元分析模型，可以帮助工程师提早知道零件的缺陷，以便工程师改进设计。solidwbrks／COSMOS是SolidWorks公司开发的强大的有限元分析软件，是SolidWorks一个比较独立的模块。它可以实现和SolidWorks的无缝集成，即完全实现几何建模和有限元分析的集成。可以帮助工程师找到设计中的应力集中点以便更新设计，延长产品的使用寿命，准确率非常高，可以避免许多设计中的缺陷。图2头架体壳模型1机床头架体壳模型的建立和计算1)模型建立及网格划分在SolidWorks／COSMOS模块中，首先定义零图1所示为可磨削100t

5、轧辊的数控轧辊磨床模件的材料属性。SolidWorks中有许多的标准材料可29精密制造与自动化2010年第2期供选择，如定义为灰铸铁，也可以按实际情况自定义材料。然后定义约束。该零件的底面为固定约束。再定义载荷。按产品实际使用时的工况，头架体壳受两个方向的力，一个方向的力为向下的重力(包括轧辊的一半重力)，估算为60t；另一个方向的力为向前的项力的反力，估算为100t。之后可以运用默认的设定对模型进行网格划分和有限元分析。当然也可以运用更改设定对网格的划分方式和控制参数进行设置。图5变形结果图2)计算结果及分析该有限元分析为静态分析。分析时选择前

6、面定3)设计改进及分析义过的约束和载荷即可。并且对定义的分析进行运基于以上的分析，我们对头架体壳做进一步的算，然后查看结果。如图3、图4、图5所示为静态改进：分析的应力、位移、变形图，通过云图可以看到应(1)在相应的位置增加加强筋；力、位移、变形的分布状况，以及出现的最大值。(2)增加加强筋的数目；应力为：2．2e+008N／m2；位移为：2．8mm变形比(3)增加加强筋的厚度；例因子为：109．59。(4)在加强筋的相应的位置增加圆角；应力最大值为2．2e+008N／m=221．76MPa，该(5)放大圆角的半径。零件的材料为灰铸铁HT250，

7、根据相关资料，HT250通过多次的模型改进，我们可以得到以下的模的抗拉强度为180Mpa(壁厚40mm)。它的安全因型，如图6所示。数为0．8l，所以，此零件肯定要断裂，断裂的位置在应力的最大点附近。裹i*；⋯·图6多次改进后的头架体壳模型对改进后的模型进行有限元分析，我们可以得图3应力结果图到以下的分析结果图，如图7、图8、图9所示。图4位移结果图图7应力结果图孟鸿飞应用Solidworks／COSMOS分析优化产品设计图8位移结果图图9变形结果图从以上的结果图中可以看到，应力最大值为2结语1．54e+008N／m2=154．272MPa。它的

8、安全因数为从头架体壳的前端设计改进例子中可以看出，1．16，而且应力最大值所在的位置已移开头架体壳SolidWorks／COSMOS软件