一、引言
子母环又称蝴蝶环，作为连接件，在矿山和煤矿机械中大量使用，零件的质量不仅关系企业生产的效益，更关系操作人员的人身安全，因此怎样设计出既节省材料又能满足强度要求的零件成为摆在我们面前的课题。
二、优化分析的必要性
如图1所示，a图为子母环的零件单体，b图为子母环在工作状态的装配体，装配时仅需要一支网柱销就可以满足装配要求，结构简单，易于操作。
图1 子母环（蝴蝶环）
在满足强度的条件下，怎样才能做到使用最少材料，缩小零件尺寸，节约成本，成为机械设计人员所追求的目标。
增大零件的截面尺寸可以增加极限抗拉强度，在这个零件中，有很多尺寸不一样的截面，增加哪个尺寸才能对增加极限抗拉强度有明显的影响呢？在承受同样的应力载荷下，增加子母环网环部位截面尺寸B和增加网环与连接轴之间的截面尺寸A，哪一个才更能节约材料呢？就像体积一样的两块网柱钢件，直径大的比直径小的更能承受压应力，同样体积的材料，设计尺寸不同就会呈现不同的承载能力。
在CAE出现以前，复杂结构和零件的强度设计都是根据经验预估的，即使简单的零件强度设计也需要大量的计算，即耗时又耗力，Pro/E/MECHANICA(有限元分析)模块可以进行零件模型和装配模型的结构分析和优化分析，具有的分析类型有静态分析、模态分析、屈曲分析、接触分析、、预紧分析、振动分析、温度分析、运动分析。其强大的分析、优化功能可以帮助设计人员在短时间内得到最优的设计结果，从而减小繁杂的计算任务负担。
三、优化分析步骤
1.建立实体模型
使用Pro/E强大的建模模块可以迅速的得到零件的数学模型，造型尺寸的准确性直接决定了优化分析后尺寸的合理程度。针对当前零件，采用了拉伸、扫描、混合等常用的造型方法，在棱角部分适当添加网角来改善零件的受力情况。
2.进行零件装配
进入Pro/E的组件模块，对各个部件添加必要的约束进行装配，装配后的效果如图1(b)所示。
3.定义模型
定义模型的材料物性，包括材料(20CRMnTi)、密度(7.8×103kg/m3)、弹性模量(207GPa)、泊松比(0.25)等，定义模型的载荷(32T)，屈服强度σs≥835(Mpa)，抗拉强度σb：≥1080(MPa)、约束。
4.建立静态分析
静态分析是在当前的尺寸条件下，根据预设载荷、强度条件，对零件进行应力应变分析，并以不同颜色显示出来，它是后期敏感度设计和优化设计的基础，只有先做这一步，后面的优化分析才能进行，Pro/E/MECHANICA模块会根据当前静态分析结果进行判断，如果当前尺寸强度满足要求，则进一步减小尺寸，反之则增大尺寸，达到满足强度条件所需的最小尺寸效果。
5.建立优化分析
优化分析是在静态分析的基础上进行的，通过大量的数据循环套用，比较判断，最终得到最优的数模尺寸，这一阶段所需时间较长。
四、建立尺寸关系
为了限制优化分析后零件变形的随意性，必须给零件各个截面尺寸增加关系式，让尺寸在一定的条件和范围内变化，这是草绘截面尺寸关系约束。
在混合操作中，各个草绘截面之间的距离必须随零件截面尺寸的变化而变化，这就需要加入草绘截面距离和零件截面尺寸的关系约束，这是混合尺寸关系。
建立了尺寸关系，在优化分析后，得到的结果才能和实际情况更为接近。
五、确定优化尺寸
在所有的尺寸关系建立后，图1中B、C、D三处的尺寸基本决定了零件的大体尺寸，B截面尺寸作为最重要尺寸控制了零件的主要强度指标，为第一优化尺寸，C和D截面尺寸控制零件在工作状态下不发生大的变形甚至拉裂，为第二和第三优化尺寸。这三个尺寸确定后就确定了零件的外观尺寸和用料量。
六、优化分析结果
1.静态分析应力、位移分布如图2、图3所示。
图2 应力分布
图3 位移分布
2.优化分析结果
环直径截面尺寸B=38mm，锁扣C=42mm，锁扣D=66mm。
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本文标题：子母环的优化设计
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