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超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁的有限元分析與結構優化

2． 6 機床卸荷梁與卸荷輪裝置［1］

卸荷梁與卸荷輪裝置用于消除溜板和滑枕式鏜銑頭等重力對該機床橫梁體位移可能較大的問題。卸荷梁的設計原理是通過預先計算重量，在橫梁上設置一個帶曲線的卸荷梁，卸荷梁為鋼結構件制成，由雙支點將所受之力由絲桿傳遞于立柱上，避免了橫梁產生彎曲變形，以消除溜板和滑枕鏜銑頭對橫梁直線度的撓度影響。橫梁導軌可加工成直線，保證鏜銑頭運動的直線度并使溜板與橫梁導軌面均勻接觸。比較一般橫梁反變形( 起拱曲線［6］) 加工或鑲裝導軌需調整精度，卸荷梁無論在加工性能還是使用性能上都更加優越。

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2. 3 有限元分析

觀察橫梁有限元分析的節點位移和變形，滑枕式鏜銑頭等移到橫梁中部時橫梁的受力和變形都是大。如圖 8 所示，這時橫梁受力發生彎曲變形，并向前傾覆，大位移為 0． 258 mm。觀察這時橫梁 Z 軸方向上的節點位移和變形，如圖 9 所示，橫梁受力發生彎曲變形，Z 軸方向上大位移為 0． 250 mm，這個位移值偏大，要減少。

同時觀察這時橫梁受力的應力分布，如圖 10 所示，橫梁因受力變形，應力主要集中在溜板與橫梁的接觸面、絲杠螺母安裝處和立柱與橫梁接觸的內側下方處，大應力約為 42 MPa，小于 HT200 材料的許用應力即表 1 中該材料的屈服強度 135 MPa。

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2． 1 建立橫梁體三維模型

分析中初步確定橫梁體截面結構形式及尺寸［1］，如圖 2 所示。按初步設計的橫梁體結構尺寸，應用 Si-emens PLM Software NX7． 5 軟件建立三維模型，具體橫梁體截面形式和三維模型見圖 3 所示。機床橫梁抗彎和扭轉慣性矩大的其剛度就高，采用封閉式截面可保證橫梁的高剛性，所以橫梁形狀為矩形封閉長方體。合理選擇橫梁中肋板，其中橫梁壁厚在 25 mm 左右、肋板厚度在 20 mm 左右，采用了橫梁好的截面輪廓和肋板布置方案。