機床基礎鑄件有限元分析時的模型簡化

王飛

摘 要：大型鑄件的鑄造圓角和后期加工的固定螺紋孔等細節，增加了計算時間和難度，因此有必要對這些結構細節進行單獨分析。

關鍵詞：機床基礎鑄件；有限元分析；模型簡化

引言

機床的基礎鑄件因為結構復雜、鑄造和加工困難以及多種受力情況綜合影響等因素，最好在設計之初就引入計算機模擬檢驗技術。鑄造圓角和后加工的固定螺紋孔等細節設計增加了計算時間和難度，甚至影響大型鑄件整體分析和優化的順利進行。因此有必要對這些結構細節進行預分析，視分析結果對大型鑄件進行簡化。

1 驗證圓角對位移的影響

選擇L形的實體進行分析。固定左下角的端面，在上平面施加相同壓力，在拐角處分別設置0、1、5、10mm 4種尺寸的倒角，根據計算結果，得出4組數據填入統計表格（表1）。

由統計表格（表1）可知，在相同的模型結構、外力載荷、網格劃分精度下，倒角大小對零件變形的影響不大，但是對最大應力的影響較大。因此在最大位移分析、整體剛性分析、固有特性分析時，可以忽略機床基礎鑄件中R10以下的倒角。

2 驗證網格密度對位移的影響

選擇相同實體分析，進行2到6不同密度的網格劃分，施加相同的約束和載荷，統計結果（表2）。

由統計表格（表2）可知，在相同的模型結構、外力載荷下，網格劃分的精度對零件變形和最大應力的影響都不大。因此在模擬分析時，可以按照需求選擇適當不同的網格劃分的精度。

3 驗證加工孔對位移的影響

建立一個懸臂梁結構，固定梁的一端，在上平面施加均勻載荷。梁的中間作一排圓孔，孔的大小從直徑4mm到30mm以2mm為間距進行不同的計算。記錄各組實驗數據，并形成圖表（表3）。

通過統計表（表3）可知，懸臂梁的開孔直徑尺寸小于10mm時，對整個梁的唯一影響不大，可以忽略機床基礎鑄件中直徑10以下的孔。

4 結語

對機床主要鑄件的優化設計是一個不斷完善的過程，為了減少不必要的工作量和縮短技術準備時間，有必要對模型進行簡化處理。通過以上幾種常見結構及因素的分析計算，可以有效地簡化模型，對設計的順利進行，有一定的指導意義。

參考文獻

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[2]譚慶昌，趙洪志，曾平.機械設計[M].長春：吉林科學技術出版社，2000.

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（作者單位：大連機床（數控）股份有限公司）