0引言
    
     某型號產(chǎn)品生產(chǎn)線中大量采用了懸臂托架機(jī)械結(jié)構(gòu)，由于產(chǎn)品改型，對懸臂托架提出了如下要求:①需要在不影響其強(qiáng)度和剛度要求的條件下對其開孔改造，以便其它部件的安裝;②外觀尺寸不能變化，但對開孔形狀有要求，且孔盡可能大，在方便操作的同時節(jié)省材料;③托架基礎(chǔ)頻率應(yīng)控制在330Hz ~420Hz范圍內(nèi)，以避免與安裝機(jī)械引起共振;④懸臂托架的最大允許形變?yōu)?.2mm。對于新的設(shè)計要求，利用傳統(tǒng)的設(shè)計方法就顯得過于繁雜，本文通過運用COSMOSWork。有限元分析軟件對要求改型的懸臂托架進(jìn)行自動校核分析，并對其進(jìn)行開孔尺寸優(yōu)化設(shè)計，使之能滿足上述要求，最大限度地提高設(shè)計速度和精度。
    
     1  COSMOSWorks簡介
    
     COSMOSWorks是眾多CAE軟件中的一種，是與SolidWorks無縫集成的快速有限元分析軟件，它為機(jī)械設(shè)計工程師在SolidWorks環(huán)境下提供了比較完整的分析手段。憑借先進(jìn)的快速有限元技術(shù)(FFE)，工程師能非常迅速地運用它實現(xiàn)對大規(guī)模復(fù)雜設(shè)計的分析和驗證，并且獲得修正和優(yōu)化設(shè)計所需的必要信息。同時將分析的模型和結(jié)果與SolidWorks共享一個數(shù)據(jù)庫，計算結(jié)果也可以直觀地顯示在SolidWorks精確的設(shè)計模型上，直觀地管理分析任務(wù)、載荷、邊界條件、有限元網(wǎng)格和計算結(jié)果等數(shù)據(jù)，直觀地列人圖形化的樹形分析管理器中。COSMOSWorks提供了諸如靜態(tài)分析、頻率分析、扭曲分析、熱力分析、掉落測試、疲勞分析、優(yōu)化分析和非線性分析等模塊，分析非常方便，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
    
     2建模及優(yōu)化分析
    
     原懸臂托架結(jié)構(gòu)見圖1，其選用的材料為A2碳鋼，其主要性能參數(shù)見表1。
     

     在使用時懸臂托架通過兩個M8螺釘側(cè)面固定，上方蓋板通過兩個M6螺釘固定，承重板上方設(shè)備產(chǎn)生向下1 960N均布載荷壓力，這個載荷由兩個托架共同承受，每個受力為980N。根據(jù)原結(jié)構(gòu)尺寸，在SolidWorks中建立三維模型，這里不再詳述。
    
     2. 1原有結(jié)構(gòu)分析
    
     在SolidWorks中進(jìn)人COSMOSWorks模塊，建立一靜態(tài)研究，設(shè)置研究解算器為FFEo在實體材料窗門定義材料為普通碳鋼，將表1中的數(shù)據(jù)輸人，對懸臂托架的材料及性能進(jìn)行賦予。然后根據(jù)現(xiàn)實受力對其進(jìn)行載荷約束:因托架側(cè)面依靠兩M8螺釘固定，上方受到均布980N壓力，因此兩M8螺紋孔約束應(yīng)為固定約束;托架上方受到的單位壓力為572 854. 86N/m。按默認(rèn)設(shè)置生成網(wǎng)格后運行COSMOS/FFEStatic Solver/ COSMOS自動對其進(jìn)行分析得出懸臂托架的應(yīng)力分布，見圖2。從圖2中可以看到，原設(shè)計結(jié)構(gòu)的受力遠(yuǎn)小于材料的屈服應(yīng)力，設(shè)計過于保守。對其進(jìn)行頻率分析，得出其固有基礎(chǔ)頻率為417Hz。綜合上述分析，說明在托架的中部開孔可行。
    

     2.2結(jié)構(gòu)改造
    
     根據(jù)要求，對懸臂托架按最小要求尺寸進(jìn)行開孔，并按上述方法由COSMOSWorks得出懸臂托架的應(yīng)力分布，見圖3。由圖3可以看出，此時懸臂托架的應(yīng)力仍遠(yuǎn)小于其屈服應(yīng)力。對其頻率分析，發(fā)現(xiàn)開孔后懸臂托架的固有一階頻率為409. 85Hz，在要求頻率帶內(nèi)。整體設(shè)計安全系數(shù)仍過大。