随着我国轨道交通行业的迅速发展,轨道列车铝合金型材的需求量也日益增大,对于可以进行铝合金焊接的搅拌摩擦焊设备的研究就显得至关重要。本文以铝合金为加工对象,以搅拌摩擦焊设备为研究对象,首先对搅拌摩擦焊设备进行了结构的设计;然后对设计的结构进行静动刚性的分析,验证设计方案的可行性;最后对关键部件进行减重和提高刚性的优化设计。搅拌摩擦焊设备主要包括床身和主轴头两大部分,论文对两大部分涉及的结构设计方案、传动系统设计、动静刚度分析及优化进行了研究。主要研究内容如下:首先,完成搅拌摩擦焊设备的方案设计和三维建模。根据设计要求,运用功能原理分析法提出总体方案、设计传动路线,借助Pro/E软件完成零部件的三维建模和装配,得到了设备整机的三维模型。其次,完成传动系统的设计与选型。根据传动路线和工况的要求,提出对元器件各项参数的要求,再通过计算和校核,完成了传动系统的设计及主要元器件的选型计算。然后,完成设备整机及其关键部件的有限元分析。运用ANSYS workbench软件对整机及主轴进行静力分析和模态分析,得到应力和变形云图、固有频率和振型,验证了搅拌摩擦焊设备的动静刚性。对横梁和安装架再进行静力分析,为下一步优化设计提供理论基础。最后,完成横梁和安装架的优化设计。针对横梁和安装架的分析结果,对分析结果进行研究,提出了改变筋板厚度、改变结构布局等优化设计方案,对改进的模型进行再分析,对比模型改进前后的分析结果,选择结构的最优方案。