在自动化设备快速迭代的背景下，鞋套机作为日常防护用品生产的关键装备，其结构稳定性与材料利用率成为行业技术升级的核心方向。当前鞋套机机架普遍存在重量占比高、材料消耗大等问题，通过先进仿真技术优化结构设计，成为提升设备性能与经济性的重要路径。以下结合具体技术研究，探讨鞋套机机架的仿真分析与优化策略。

  一、鞋套机机架结构特性与有限元建模要点

  《2025-2030年全球及中国鞋套机行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，鞋套机机架主要由长杆、短杆、支撑板、承重横板等部件构成，其中长、短杆采用外边长 40mm、内边长 28mm 的空心正方形截面，壁厚 6mm;支撑板与承重横板厚度为 10mm。各部件通过焊接与螺栓连接形成整体，整机通过地脚螺栓固定于地面，支撑板与承重横板分别承载约 10kg 与 17kg 的电机及零部件。机架的薄弱环节集中于支撑板与承重横板的连接处及中点位置，前者因受力集中易发生断裂，后者因共振风险可能产生大幅弯曲。

  利用 SolidWorks 建立机架三维模型时，需简化对分析影响较小的圆角、倒角等特征，随后将模型导入 ANSYS Workbench 进行网格划分，设定单元大小为 10mm，得到包含 94283 个节点、21942 个网格的有限元模型。分析中对机架底座施加固定约束，将零部件重量等效为压力载荷，分别在支撑板与承重横板上施加 150N 与 220N 的压力，为结构稳定性预留安全余量。

  二、鞋套机机架静力学与模态分析结果

  静力学分析显示，机架最大总变形量为 0.063mm，出现在支撑板与短杆连接处及中点位置，主要因支撑板厚度较薄且承受复合载荷;最大应力为 12.73MPa，同样集中于上述区域，建模时忽略圆角导致的应力集中是重要诱因。除局部区域外，机架其余部位平均变形量低于 0.02mm，平均应力不足 0.001MPa，表明其在静态载荷下具备良好稳定性。

  模态分析得出机架前六阶固有频率分别为 92.4Hz、105.7Hz、118.7Hz、172.06Hz、194.8Hz、227.68Hz。由于鞋套机步进电机最大转速对应的激振频率范围为 0-33Hz，一阶频率远高于该区间，因此正常工作中机架不会发生共振。各阶振型显示，机架振动主要表现为部件沿不同轴向往复运动或扭曲变形，其中一阶振型为上半部沿 Y 轴振动，二、三阶为长短杆连接处沿 X 轴振动，为后续结构优化提供了明确的薄弱点定位。

  三、鞋套机机架轻量化优化设计与验证

  以降低材料消耗为目标，通过 ANSYS Workbench 的 Design Exploration 模块对机架壁厚进行参数化优化。将壁厚设定为变量，以总变形量与质量为控制指标，经算法迭代得出两组优化方案。综合考虑环境适应性与工艺可行性，最终将长、短杆壁厚从 6mm 减至 3mm，优化后横截面内边长调整为 34mm。

  优化后机架质量从 55.36kg 降至 37.037kg，减重幅度达 33%。静力学分析显示，最大变形量增至 0.1mm，最大应力增至 27.27MPa，但增幅仍在结构安全范围内，稳定性未受显著影响。模态分析表明，各阶固有频率虽有所降低(一阶降至 79.22Hz)，但仍高于激振频率上限，共振风险未增加。随机振动分析采用军用标准功率密度谱，结果显示机架沿 Y 轴方向最大位移响应为 0.56574mm，出现在承重横板，与一阶振型振幅最大位置一致，提示后续设计需重点强化该区域结构。

  四、鞋套机机架优化设计的行业启示

  本次研究通过仿真分析与参数优化，在保证鞋套机机架性能的前提下实现了显著轻量化，验证了 ANSYS Workbench 在装备结构优化中的有效性。数据表明，壁厚减薄 50% 后，机架质量减少 33%，而变形与应力增幅均控制在合理范围，且固有频率仍远离共振区间。随机振动分析进一步明确了承重横板为疲劳破坏高危区域，为后续设计提供了精准改进方向。

  未来鞋套机行业技术升级中，可进一步结合拓扑优化与新型材料应用，在关键受力部位采用高强度轻量化材料，同时通过精细化建模减少应力集中现象。此类基于仿真的迭代优化方法，不仅适用于鞋套机机架设计，也可为其他自动化装备的结构改进提供技术范式，推动行业向高效、节能、绿色方向发展。