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自动喷油机摇臂结构优化

发布日期: 2019-12-23 来源:  标签:    浏览次数:878
为了不改变自动喷油机性能,减少再开发成本,采取优化摇臂结构的方案。考虑增加断裂位置 1 处叉形结构的厚度

 为了不改变自动喷油机性能,减少再开发成本,采取优化摇臂结构的方案。考虑增加断裂位置 1 处叉形结构的厚度,选取位置 2 处两臂间距分布、位置 3 处叉形部位总宽度、摇臂上方外形直径、叉形位置下方外形直径和摇臂叉形位置倾斜角作为设计变量,并在变量的取值范围中,优化中兼顾到摇臂与其他零件干涉问题。

2.1 优化流程
具体的结构优化采用 iSight 与 Abaqus 混合方式进行,其中,用 iSight 为优化引擎,用 Abaqus为 分 析 计 算 工 具, 两 种 工 具 的 接 口 文 件 使 用Python 语言编写的脚本文件。混合该两种工具后,结构优化的流程,具体的优化流程为:
(1)在 iSight 中对粒子群算法进行初始化后,生成设计变量的初始值,并将脚本文件中对应的设计变量值修改为此初始值;
(2)在 Abaqus 中,根据修改后的脚本文件重新生成有限元模型,进行摇臂强度分析;
(3)iSight 读取 Abaqus 计算得到分析结果,并进行评估,如果满足停止条件则优化结束,否则重复以上步骤,直至满足停止条件。
2.2 优化策略优化过程中,以摇臂体的最大应力值最小为目标函数,选取的设计变量为摇臂两臂间距离
D1、摇臂叉形部位总宽度 D2、摇臂上方外形直径 D3、叉形位置下方外形直径 D4,摇臂叉形位
置倾斜角 D5,其具体的几何分布,约束条件体现机构上的不干涉条件。
3 方案对比
3.1 强度对比
自动喷油机摇臂新结构进行拓扑优化后,进行网格划分,在 Abaqus 中进行强度分析,得到所示的摇臂新结构应力分布云图, 中显示优化前后两种结构应力分布的对比。可以看出,摇臂新结构的最大应力为 308 MPa,发生在摇臂尾端位置1 处;摇臂原结构的最大应力为 794 MPa,发生在位置 2 处。新结构的摇臂应力降低了 61.49%,低于许用应力值 600 MPa。
3.2 刚度对比
 设计变量 D1、D2Fig.7 Design variable D1、D2D2 D1
 设计变量 D3、D4、D5Fig.8 Design variable D3、D4、D5D3D5D4
 摇臂结构对比图Fig.9 Comparison of rocker arm structure
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1. 新结构应力最大位置 2. 原结构应力最大位置
 摇臂新结构应力云图
Fig.10 Stresses distribution of new structure
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ChaoXing
104 农业装备与车辆工程 2019 年
在仿真模型中可求得摇臂加载的载荷和两
种摇臂结构中受力点位移,如表 3 所示。根据该
数据可进一步计算出摇臂在承受负载点处的刚度
K1 和 K2,其中,摇臂加载的载荷和两种摇臂结
构中受力点位移。
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