机床基础铸件有限元分析时的模型简化

王飞

摘 要：大型铸件的铸造圆角和后期加工的固定螺纹孔等细节，增加了计算时间和难度，因此有必要对这些结构细节进行单独分析。

关键词：机床基础铸件；有限元分析；模型简化

引言

机床的基础铸件因为结构复杂、铸造和加工困难以及多种受力情况综合影响等因素，最好在设计之初就引入计算机模拟检验技术。铸造圆角和后加工的固定螺纹孔等细节设计增加了计算时间和难度，甚至影响大型铸件整体分析和优化的顺利进行。因此有必要对这些结构细节进行预分析，视分析结果对大型铸件进行简化。

1 验证圆角对位移的影响

选择L形的实体进行分析。固定左下角的端面，在上平面施加相同压力，在拐角处分别设置0、1、5、10mm 4种尺寸的倒角，根据计算结果，得出4组数据填入统计表格（表1）。

由统计表格（表1）可知，在相同的模型结构、外力载荷、网格划分精度下，倒角大小对零件变形的影响不大，但是对最大应力的影响较大。因此在最大位移分析、整体刚性分析、固有特性分析时，可以忽略机床基础铸件中R10以下的倒角。

2 验证网格密度对位移的影响

选择相同实体分析，进行2到6不同密度的网格划分，施加相同的约束和载荷，统计结果（表2）。

由统计表格（表2）可知，在相同的模型结构、外力载荷下，网格划分的精度对零件变形和最大应力的影响都不大。因此在模拟分析时，可以按照需求选择适当不同的网格划分的精度。

3 验证加工孔对位移的影响

建立一个悬臂梁结构，固定梁的一端，在上平面施加均匀载荷。梁的中间作一排圆孔，孔的大小从直径4mm到30mm以2mm为间距进行不同的计算。记录各组实验数据，并形成图表（表3）。

通过统计表（表3）可知，悬臂梁的开孔直径尺寸小于10mm时，对整个梁的唯一影响不大，可以忽略机床基础铸件中直径10以下的孔。

4 结语

对机床主要铸件的优化设计是一个不断完善的过程，为了减少不必要的工作量和缩短技术准备时间，有必要对模型进行简化处理。通过以上几种常见结构及因素的分析计算，可以有效地简化模型，对设计的顺利进行，有一定的指导意义。

参考文献

[1]文怀兴，夏田.数控机床系统设计[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2]谭庆昌，赵洪志，曾平.机械设计[M].长春：吉林科学技术出版社，2000.

[3]夏田.数控加工中心设计[M].北京：化学工业出版社，2006.

（作者單位：大连机床（数控）股份有限公司）