噴涂設(shè)備的設(shè)計簡單、經(jīng)濟，能滿足一定的運行要求?？紤]到伺服電機價格昂貴，無疑會增加設(shè)備成本，步進電機能夠滿足設(shè)計要求。所謂的轉(zhuǎn)動慣量比是指負(fù)載慣量除以電機轉(zhuǎn)動慣量的比值。在電機選型規(guī)定中，噴涂設(shè)備額定功率750W以下的電機要求小于20倍，1000W以上的電機要求小于10倍。根據(jù)設(shè)備的操作參數(shù)，噴槍的垂直移動速度為437.5mm／s，載荷為噴槍和托架?？紤]到一定的設(shè)計裕度，暫定載荷為20kg，行程為2000mm，屬于輕載低速使用。噴涂設(shè)備根據(jù)總體設(shè)計方案，水平傳動結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)整個垂直機械結(jié)構(gòu)的移動。噴涂設(shè)備無論輸入?yún)?shù)如何變化，都很難同時達到質(zhì)量、變形和等效應(yīng)力三個目標(biāo)變量的較小值，因此應(yīng)適當(dāng)調(diào)整目標(biāo)變量的優(yōu)先級。水平導(dǎo)軌需要承受其全部重量，包括垂直傳動結(jié)構(gòu)及其荷載、垂直導(dǎo)軌、立柱、框架和底座等，考慮一定的計算裕度，進行了初步估算?？傊亓?50公斤，導(dǎo)軌的傳動速度175毫米/秒，行程875毫米。它屬于低速、輕載和中載的范圍。首先選擇直線光軸導(dǎo)軌。型號為SBR30UU。

本文所涉及的支撐結(jié)構(gòu)是噴涂設(shè)備的重要組成部分之一，主要包括噴涂設(shè)備底座和由底座支撐的立柱。它支持固定設(shè)備垂直方向的機械系統(tǒng)，相當(dāng)于整個設(shè)備的“主干骨架”。同時，在保證結(jié)構(gòu)剛度和強度的前提下，希望支撐結(jié)構(gòu)盡可能輕。因此，相應(yīng)的支護結(jié)構(gòu)力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析也是關(guān)鍵。噴涂設(shè)備將利用ANSYS Workbench的拓?fù)鋬?yōu)化功能對主要支撐結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，包括底座和立柱。所謂的機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化包括三種類型：形狀優(yōu)化、尺寸參數(shù)優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化。噴涂設(shè)備同步帶傳動的運動是為了觀察同步帶在傳動過程中的穩(wěn)定性和受力情況。與其他兩種優(yōu)化方法相比，拓?fù)鋬?yōu)化方法更加靈活和全面。拓?fù)鋬?yōu)化的方法是在一定的負(fù)載和約束條件下，對模型材料在一定區(qū)域內(nèi)的分布進行優(yōu)化調(diào)整，找出噴涂設(shè)備較佳的分布方案。噴涂設(shè)備立柱固定在底座上，主要用于定位安裝垂直導(dǎo)軌和同步驅(qū)動滑輪的驅(qū)動結(jié)構(gòu)。相對于設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)，垂直導(dǎo)軌的行程占很大比例，相應(yīng)立柱的高度相對較高。為了保證塔柱運行的可靠性，節(jié)約材料，有必要對塔柱進行力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

在對噴涂設(shè)備基礎(chǔ)進行多目標(biāo)優(yōu)化后，進一步對基礎(chǔ)模型進行尺寸優(yōu)化，找出更合理的結(jié)構(gòu)方案。建立了一個新的形狀優(yōu)化模塊，并將其導(dǎo)入到基礎(chǔ)模型中。邊界條件與本文4.1.2相似。材料還原率設(shè)置為45%。可以看出，底座上支撐板已被刪除，下支撐板兩側(cè)的角鋼也已被刪除。根據(jù)分析結(jié)果的結(jié)構(gòu)優(yōu)化指令，建立了一個新的基礎(chǔ)模型，并將其重新導(dǎo)入有限元軟件中進行靜態(tài)分析。材料分析、網(wǎng)格設(shè)置、邊界條件等都與原模型一致。新噴涂設(shè)備的變形量為0.12287mm，新噴涂設(shè)備的等效應(yīng)力為32.818Mpa，保證了基礎(chǔ)的剛度和強度滿足設(shè)計要求。根據(jù)相關(guān)的機械振動數(shù)據(jù)和文獻，低階頻率對設(shè)備的整體動力響應(yīng)影響較大，對結(jié)構(gòu)的動力特性起著決定性的作用。在多目標(biāo)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，將基層質(zhì)量降低到35.994kg，降低12%。后續(xù)靜電粉末噴涂設(shè)備攜帶噴涂槍對工件進行噴涂。噴涂設(shè)備噴槍運行是否平穩(wěn)直接影響產(chǎn)品表面質(zhì)量。如果激勵頻率接近或甚至與噴涂設(shè)備整個結(jié)構(gòu)的固有頻率相同，則不可避免地會發(fā)生共振。設(shè)備劇烈振動，產(chǎn)生尖銳的噪聲，不僅嚴(yán)重影響噴槍的平穩(wěn)運行，而且還會造成機械結(jié)構(gòu)的較大變形和應(yīng)力，甚至造成危險事故。因此，了解和掌握整個設(shè)備的固有頻率，優(yōu)化和改進機械結(jié)構(gòu)，避免共振現(xiàn)象具有重要意義。