基于Hyperworks的端子压接机动特性分析及优化邵小委.docVIP

基于HyperWorks的端子压接机动特性分析及优化 邵小委，李莉敏，朱宁峰，夏丽丽，朱承德 (上海大学 机器人及CIMS中心) 基于HyperWorks的端子压接机动特性分析及优化 Modal Analysis and Optimization of crimping machine Based on HyperWorks 邵小委，李莉敏，朱宁峰，夏丽丽，朱承德 （上海大学 机器人及CIMS中心 上海 200072） 摘 要：通过对端子压接机机构有限元模态分析，针对存在的不足之处提出了改进方案，用HyperMesh对整机模型动态特性进行了优化，验证了有限元分析优化技术在当今数字化制造中具有重要的现实意义。 关键词：变频 模态 有限元 优化 Abstract: By analyzing the finite element mode of the crimping machine, an improved scheme aiming at the disadvantages is presented. Simultaneously, the dynamic performance of the machine is optimized using HyperWorks, which verified the realistic significance of finite element method using in temporal digital manufacturing. Keywords：frequency conversion; modal analysis; finite element; optimization 1 引言 目前，线束产品已被普遍认为是一种具有广阔发展前景的大类产品[1]。因此，作为线束末端加工的重要设备—端子压接机械的发展前景是非常广阔的。 目前国内市场上有手动压接钳、机械（飞轮式）端子压接机、气动端子压接机、液压式端子压接机和全自动线束机等。手动、气动和液压式端子压接机仅能满足日产量在几千根以下的小厂或个体需要，机械（飞轮式）端子压接机性能不稳定、噪音大、外形臃肿，而全自动线束机仅适应那些大型线束企业，对于日产量在3~5万左右的中小型企业，却没有合适的选择。为了克服目前市场上存在的空白，必须开发出适合中小型企业，而且成本低、高效节能、操作方便且安全可靠的端子压接设备，以满足该群体的需要。我们以此为目标，作为新的设计起点，即创新的起点。 1 端子压接机有限元数值模拟 包含在HyperMesh中的结构分析和优化工具OptiStruct，是当今最成熟也是应用最广泛的优化类软件。其优秀的优化技术可以为产品的优化目标提供完整可行的解决方案。OptiStruct拥有快速精确的线性有限元求解器，拥有强大、高效的概念优化和细节优化能力，可以应用在设计中的各个阶段，其优化过程可对静力、模态、屈曲分析进行优化，有效地优化算法允许在大模型中存在上百个设计变量和响应。 1.1实体模型简化 端子压接机由若干个部件组成，而每个部件又由若干个零件和小部件组成，在建立有限元模型的时候，这些复杂的因素不可能全部加以考虑，不可能使有限元模型的质量矩阵、刚度矩阵完全与实际相符[2]，因此有必要对端子压接机实体模型进行有效简化。简化时，应根据分析类型及分析目的，只考虑一些起主导作用的因素来建立端子压接机的简化模型，原则如下： 1）对于不重要结构的凸台、螺钉孔、销孔、圆角等予以忽略； 2）对于一些附属设备可以考虑在相关的位置上加质量块； 3）像外罩壳、档板等零件，因为只有1.5毫米厚，对于模型的质量矩阵和刚度矩阵没有多大影响，也可以忽略掉。简化后的模型见图1。 图1 端子压接机简化模型 1.2有限元模型的建立 为了更能反映实际情况，选用三维实体单元来描述端子压接机机体的结构。有限元分析中，三维实体单元有两种：六面体单元和四面体单元。由于六面体单元在划分时要求结构比较规则[3]，而端子压接机整机属于较复杂的部件，对其进行六面体网格的划分比较困难，而且目前还没有一个软件能对其进行质量理想的六面体网格自动划分。而用四面体单元分析三维结构，单元划分是很灵活的，可以逼近较复杂的几何形状，并且各种软件中对四面体网格自动划分功能已相当成熟。因此本文分析计算时，采用HyperMesh生成四面体三维实体单元。 由于端子压接机各零部件材料都不一样，底座、左右侧板等材料为Q235A，轴承座和锁紧螺母的材料为45，而压接主轴材料为40Gr，所以它们的弹性模量以及泊松比都不一