基于ProE的输送机带轮的优化设计.pdf

第5期(总第129期
机械管理开发
2012年10月
No 5(SUM No 129)
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Oet.2012
基于Pro/E的输送机带轮的优化设计
周立彬,陈焕国2
(1.大连海洋大学机械与动力工程学院,辽守大连116023;2.大连辽南船厂,辽宁大连116041)
摘要:利用Pro/E软件的参数化功能实现了单槽V型带轮的实体建模,同时应用其内在的 Mechanica模块对建立
的参数化模型进行仿真和有限元分析,生成应力条纹图,并对带轮的部分参数进行了优化设计,使得带轮的最大内
应力减小。
关键词:Pro/E;带轮;参数化设计;静力分析;有限元;优化设计
中图分类号:TH237文献标识码:A文章编号:1003-773X(2012)05-0028-02
0引言
根据带速和传递功率要求选用普通带传动,考
在产品的设计和开发过程中,绝大部分产品具有虑减轻带轮重量和便于安装等因素,带轮的结构选择
相同或相近的结构,而改变某些设计参数将对整个产孔板式,根据设计要求带轮基圆直径选为140mm,孔
品的综合性能产生很大的影响。在传统的机械设计径为35mm,沿圆周方向均匀分布4个大小相同的孔
中,设计人员通过估算初始参数,经过设计计算和校结构,图1为带轮的实体建模结果。
核,如不满足设计和使用要求,则根据经验修改,再次2带轮的仿真和有限元分析
校核,直到满足要求为止,无论在时间还是在经济上都
ProE的网格划分采用H方法,其特点是刘分的网
是很大的浪费。Pro/E软件的参数化设计理念为产品格为四边形,单元较大,但其边界条件的拟合效果很
设计的动态开发提供了可能,首先根据设计要求设计好,不仅计算准确,而且节省计算时间,而其他的软件
产品结构,给出初始参数,对其进行实体建模,通过添一般采用P方法进行数据拟合,花费的计算时间很大,
加约束和载荷,对产品受力情况进行分析仿真。然后还需要很大的内存空间,图2为带轮的有限元网格
对设定模型进行灵敏度分析,以便确定优化设计目标,划分。
对分析结果优化处理,以达到最优的设计结果。
带轮的结构设计
带传动是通过中间挠性件皮带传递运动和动力
的,适用于两轴中心距较大的场合,与齿轮传动相比,
具有结构简单,成本低廉的优点。带轮由轮缘、腹板
(轮辐)和轮毂三部分组成:轮缘是带轮的工作部分,制
有V形轮槽;轮轂是带轮与轴的联接部分;轮缘与轮毂
则用轮辐(腹板)联接成一整体。
帯轮按腹板(轮辐)结构的不同分为以下几种形式:
1)实心带轮;2)腹板带轮;3)孔板带轮;4)轮辐带轮。
图2有限元网格划分
图1带轮的实体模型
图3初始参数状态下带轮应力分布图
收稿日期;2012-05-14
作者简介:周立彬(1976-),女,辽宁黑山人,讲师,主要研究方向:机械设计和计算机图形学。E-mail:zlb@dou.edu.cn.
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周立彬,等:基于 Pro/F的输送机帶轮的优化设计
2012年10月
论所受的力为传送带作用于其上.的乐力和摩擦4帯轮的优化设计
力。对带轮施加载荷和约束后,进行模拟分析其应力
有限元分析的最终目的是为了进行优化设
云图,如图3所示。从应力公图中,不难看出,最大应ProEビ的优化设计过程为:创建模型一分析模型
力为30.7MP:?,满足设计要求
定义设讨参数和变量一优化模型。设计V带轮时满足
3带轮的灵敏度分析
的要求有:质量小,结构Tと性好,尢过大铸造内应力
常情况下,设计参数较多每个参数对特定的质量分布均匀,图6是基下灵敏度分析之后的多1标
设计口标的影响程度也不问,在满足给定的约朿条件优化设计仿结某
下,找到满足设计目标的值,在建模过程中, Pre/的
参数化设计过程定义了很多参数,这地参数发生变化
时,对整个模型的综合性能生影啊,灵敏度分析的目
的在于为优化设计筛选设计参数、并确定设计参数的
变化范胴,为优化设计提供方便条件,选择主要优化设
让∏标,忽略次要参数的影响。图4为以均匀分布
的小孔所在的直径尺寸为优化设计日标的仿真结果
在满足保证最大应力最小的前提下,其圆問直径为为
82mm。图5为以单个小孔直径为优化设计目标的仿
图6多目标优化应力分布图
具结果,要使最大弯出应力最小的孔直径值为16mm
5结果分析
从优化后的带轮有限元分析的应力条纹图中,可
以看出最大弯出应力为28.8MPa,较初始参数下的应
力有所减小,因此,计算机模拟分析的结粜证明了采用
优化设计模型可以有效地减小弯曲应力,而这种优化
设计分析的方法要比传统的设计计算的方法更加省
时、省力
参考文献
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图4小孔所在直径位置对应力的影向
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图5小孔直径大小对应力的影向
Optimization Design and Analysis of Belt Wheel Based on Pro
ZHOU Li-bin CHEN Huan-guo
(.alian O an [niversity Liaonin a ian 116023; 2 .alian Liannan ard, Liaoning, Dalian, 1 1604 1)
Abstract: Using Pro/E 5.0 parametric modeling method built a"V belt wheel, Mechanica module in the Pro/E softwire ave the graph of
te y the simulation and e finie analysis. as o improve and optimize design for elt wheel e p ally reuced the stress
Key words: o/ belt wheel arametric m e hani finite eleme t; optimization