JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY

CN 41-1437/TS  ISSN 2096-1553

超高速硬盒包装机的多工位转盘拓扑优化设计

杨忠泮 ,  李辉 ,  李嘉康 ,  吴恋恋 ,  张建栋 ,  堵劲松 ,  谢黎明 ,  翟玉俊

杨忠泮, 李辉, 李嘉康, 等. 超高速硬盒包装机的多工位转盘拓扑优化设计[J]. 轻工学报, 2022, 37(6): 92-100. doi: 10.12187/2022.06.012
引用本文: 杨忠泮, 李辉, 李嘉康, 等. 超高速硬盒包装机的多工位转盘拓扑优化设计[J]. 轻工学报, 2022, 37(6): 92-100. doi: 10.12187/2022.06.012
YANG Zhongpan, LI Hui, LI Jiakang, et al. Topology optimization and design for multi-workstation revolver of ultra high-speed packaging machine[J]. Journal of Light Industry, 2022, 37(6): 92-100. doi: 10.12187/2022.06.012
Citation: YANG Zhongpan, LI Hui, LI Jiakang, et al. Topology optimization and design for multi-workstation revolver of ultra high-speed packaging machine[J]. Journal of Light Industry, 2022, 37(6): 92-100. doi: 10.12187/2022.06.012

超高速硬盒包装机的多工位转盘拓扑优化设计

    作者简介: 杨忠泮(1990—),男,甘肃省兰州市人,甘肃烟草工业有限责任公司工程师,主要研究方向为烟草工艺与先进制造技术。E-mail:363583280@qq.com;
  • 基金项目: 甘肃烟草工业有限责任公司科技项目(KJXM-2022-07)
    中国烟草总公司重大科技项目(110202101083(SJ-07),中烟办〔2021〕150号)
    中国烟草实业发展中心科技项目(ZYSYM-2022-06)

  • 中图分类号: TS434

Topology optimization and design for multi-workstation revolver of ultra high-speed packaging machine

  • Received Date: 2022-01-05

    CLC number: TS434

  • 摘要: 针对超高速硬盒包装机多工位转盘在自重较大、超高速及多工位复杂载荷的条件下,其运动惯性冲击大和结构动态特性要求高的问题,分析了在额定工况下多工位转盘的工作载荷与约束,利用ANSYS Workbench平台对原型结构进行了有限元分析模型的构建,通过拓扑优化技术计算了多工位转盘在设计域中的最优拓扑优化材料分布特征,并以拓扑优化迭代结果的密度云图和几何模型为指导,运用梯度环形带与加强筋和梯度弧形槽与减重孔两种设计思路获得具有对称结构的多工位转盘优化设计方案。结果表明:梯度环形带与加强筋结构优化方案可同时满足静力学及结构固有频率要求,该优化方案质量较原型减少了16.33%,最大等效应力降低了11.25%,动态比刚度效能提高了4.14%。
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  • 收稿日期:  2022-01-05
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杨忠泮, 李辉, 李嘉康, 等. 超高速硬盒包装机的多工位转盘拓扑优化设计[J]. 轻工学报, 2022, 37(6): 92-100. doi: 10.12187/2022.06.012
引用本文: 杨忠泮, 李辉, 李嘉康, 等. 超高速硬盒包装机的多工位转盘拓扑优化设计[J]. 轻工学报, 2022, 37(6): 92-100. doi: 10.12187/2022.06.012
YANG Zhongpan, LI Hui, LI Jiakang, et al. Topology optimization and design for multi-workstation revolver of ultra high-speed packaging machine[J]. Journal of Light Industry, 2022, 37(6): 92-100. doi: 10.12187/2022.06.012
Citation: YANG Zhongpan, LI Hui, LI Jiakang, et al. Topology optimization and design for multi-workstation revolver of ultra high-speed packaging machine[J]. Journal of Light Industry, 2022, 37(6): 92-100. doi: 10.12187/2022.06.012

超高速硬盒包装机的多工位转盘拓扑优化设计

    作者简介:杨忠泮(1990—),男,甘肃省兰州市人,甘肃烟草工业有限责任公司工程师,主要研究方向为烟草工艺与先进制造技术。E-mail:363583280@qq.com
  • 1. 甘肃烟草工业有限责任公司 技术研发中心, 甘肃 兰州 730050;
  • 2. 中国烟草总公司郑州烟草研究院, 河南 郑州 450001;
  • 3. 兰州理工大学 机电工程学院, 甘肃 兰州 730050
基金项目:  甘肃烟草工业有限责任公司科技项目(KJXM-2022-07)中国烟草总公司重大科技项目(110202101083(SJ-07),中烟办〔2021〕150号)中国烟草实业发展中心科技项目(ZYSYM-2022-06)

摘要: 针对超高速硬盒包装机多工位转盘在自重较大、超高速及多工位复杂载荷的条件下,其运动惯性冲击大和结构动态特性要求高的问题,分析了在额定工况下多工位转盘的工作载荷与约束,利用ANSYS Workbench平台对原型结构进行了有限元分析模型的构建,通过拓扑优化技术计算了多工位转盘在设计域中的最优拓扑优化材料分布特征,并以拓扑优化迭代结果的密度云图和几何模型为指导,运用梯度环形带与加强筋和梯度弧形槽与减重孔两种设计思路获得具有对称结构的多工位转盘优化设计方案。结果表明:梯度环形带与加强筋结构优化方案可同时满足静力学及结构固有频率要求,该优化方案质量较原型减少了16.33%,最大等效应力降低了11.25%,动态比刚度效能提高了4.14%。

English Abstract

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