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注塑机拉杆两端设有螺纹，其中一端的三角螺纹与螺母将拉杆固定于定模板，另一端的梯形螺纹角于移动调模板，以使合模机构能适应不同模具厚度的需要。拉杆是连接注塑机定模板、动模板和调模板以形成封闭的框架结构，用以承受锁模力的重要承载零件。在注塑机使用过程中，拉杆易在其梯形螺纹与螺母连接上的第一承载牙型根部发生早期断裂现象。针对注塑机拉杆传动端梯形螺纹的受力问题，运用有限元分析方法研究其应力分布特点与危险处的应力，并用有限元分析与参数优化综合的方法，改善拉杆梯形螺纹的应力状况，提高拉杆螺纹的承载能力，以避免拉杆发生早期断裂。
1 有限元模型的建立
拉杆梯形螺纹与螺母的接触面为一空间螺旋面，它们之间的作用力为空间一般力系。由于螺纹的升一角很小，在计算模型中可以忽略螺纹升角的影响，利用一系列具有标准牙型的周向环状凸缘代替连续螺纹。考虑到拉杆螺纹连接部分的载荷、约束条件亦为轴对称的，这样就把拉杆螺纹连接简化为轴对称问题，可用二维几何模型来进行有限元分析，以适合有限元分析与参数优化的整合。为能够在ANSYS软件中运用有限元分析与优化整合的模式进行应力分析与优化，文中用嵌套于ANSYS中的APDL语言建立拉杆与螺母的二维几何模型，其中梯形螺纹按GB/T 5796.1-1986绘制。
拉杆与螺母材料按45钢定义，即弹性模量为206 GPa，泊松比为0.29。单元均采用6节点三角形平面单元，以适应螺纹牙型小圆角的需要。为提高有限元分析的准确性，设定每一个圆角等分为20份，再使用SMRT分别对各区域进行自动网格划分。其中，对原始参数的拉杆螺纹部分分配28692个单元，节点数为68185 ;卸载槽部分分配491个单元，节点数为1138;螺母分配8516个单元，节点数为20121。加上拉杆体部分的单元与节点数，拉杆与螺母共使用的总单元数为44877 ,总节点数为89925，适于对拉杆与螺母的快速有限元分析与优化。
拉杆螺纹与螺母的牙型部分为接触面，这里设定拉杆螺纹为目标面、螺母螺纹为接触面，用LSEL语句分别选择相应的牙型来设置接触对，以使优化过程中螺母的所有螺纹均与拉杆螺纹始终接触。
在图1中，设拉杆的几何中心线为轴对称中心，螺母上端面为Y向(拉杆的长度方向)约束。在拉杆顶部设置500 kN的拉力，换算为应力后加载于拉杆顶部的节点上。
2 应力分析
2.1 弹性材料分析
对上述有限元模型采用增广lagrange非线性接触算法进行计算，得到拉杆与螺母为弹性材料时的应力分析结果(如图2所示)。其中，最大等效应力位于拉杆梯形螺纹第一承载牙型根部的圆角处，为1458 MPa;与螺母接触的前3个牙型是主要受力区，其牙型根部附近承受较大的拉应力。
2.2弹塑性材料分析
高强度螺纹的抗拉强度可达到1000 MPa左右,注塑机拉杆实际使用的材料性能是达不到的。该拉杆材料选用的是45钢，实际使用时采用调质处理，其屈服强度为355 MPa，抗拉强度为600 MPa。屈服准则选用VOR MISES屈服准则，强化准则选用双线性各向同性强化准则。用弹塑性材料代替弹性材料后，运用上一小节的非线性接触算法进行计算，得到如图3所示的分析结果。其中，最大等效应力也是位于拉杆螺纹与螺母接触的第二牙型顶部，为401 MPa;与螺母接触的第一牙型根部的等效应力也达到385 MPa;主要受力区从3牙扩展到9牙，塑性变形区域主要在与螺母接触的第一接触牙型根部，第二接触牙型顶部与根部均有少量塑性变形。以第三强度原则显示的图4中的最大切应力出现在第一和第二接触牙的左侧根部，为195 MPa，即在该处易产生裂纹，在经多次反复开闭模后，拉杆易在该处断裂。
3优化模型
3.1参数选择
根据GB/T5796.1-1986梯形螺纹的基本牙型，设计图5所示的拉杆梯形螺纹牙型。文中选用螺纹的螺距P、牙型角a、外螺纹公称半径d,螺母上的螺纹圈数N2,螺母外半径与外螺纹公称半径之差△R、外螺纹牙根与螺母牙顶的间隙ac1、螺母牙根与外螺纹牙顶的间隙ac2等7个参数为基本优化参数。为保证连续优化计算的需要，以及获得形态良好的梯形螺纹，增加两个比例系数作为优化参数，即:牙型工作高度系数BLXSH、牙槽偏移量系数BLXST，其计算公式为:
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