【摘要】：現(xiàn)在,一個國家的產(chǎn)業(yè)水平特別是制造業(yè)始終占據(jù)著極其重要的部分,同時隨著科技水平逐漸提高,制造業(yè)的自動化水平越來越高,特別是機床行業(yè)的發(fā)展,對國家制造行業(yè)的發(fā)展起到了不可低估的重要作用,隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展,機床繼續(xù)朝著高速、高精度方向發(fā)展,因此對機床動力學的要求也在逐步提高,機床振動和動力學問題也在日漸突出。主軸系統(tǒng)是機床的重要組成部分,其振動特性直接影響整體性能和機床的加工精度,也是判斷機床的安全性和可靠性的重要指標之一。對于具有高精度要求的主軸原則是轉速高、回轉精度高和振動小等要求。因此在設計主軸時考慮其動力學特性是很有必要的。本文以CJ190Z4型機床主軸系統(tǒng)實驗模型為研究對象,從上述問題出發(fā),本文主要進行了以下幾個方面的分析:(1)采用Solidworks三維軟件建立了機床主軸實驗模型的三維仿真模型,把建立好的模型用ANSYS Workbench有限元分析軟件的設計范圍、參數(shù)化建模的方法,經(jīng)過細節(jié)簡化、均勻網(wǎng)格、把材料的屬性分配給單位等步驟后,建立了機床主軸的簡化有限元模型,得到機床主軸的前六階固有頻率及相應的振型分析圖、臨界轉速。(2)本文對主軸系統(tǒng)用有限元分析軟件完成了靜力分析、模態(tài)分析和諧響應分析。通過對機床主軸進行靜力學分析獲得主軸的靜剛度、主軸在一定載荷形式下的動、靜態(tài)變形以及主軸系統(tǒng)的應力應變曲線。進行了機床主軸的模態(tài)分析、諧響應分析和臨界轉速分析,并由理論公式計算臨界轉速進行比較,對機床主軸動態(tài)分析數(shù)據(jù)提供支持和參考。(3)根據(jù)有限元法建立了二十個自由度機床主軸系統(tǒng)的動力學模型,首次提出考慮偏心軸彈性、軸承彈性和底部彈性,建立了基于拉格朗日方程和彈性理論的機床靜態(tài)變形和動態(tài)平衡的有限元方程,建立了主軸振動系統(tǒng)運動微分方程。經(jīng)過求解振動微分方程,獲得模型的解析解。利用數(shù)值分析和計算機分析軟件MATLAB計算了動力模型的固有頻率和主振型。通過MATLAB軟件進行仿真分析,研究分析了不同參數(shù)下如系統(tǒng)阻尼、剛度、偏心距和質量對主軸系統(tǒng)的幅頻特性曲線,并通過幅頻特性曲線分析彈性約束下振動的動力學特性。(4)對某公司機床主軸系統(tǒng)模型進行了單點拾振、多點激勵的錘擊試驗,通過實驗測試獲得振動測試信號,得到了機床主軸模型的實際固有頻率、阻尼比和相應的振動模態(tài),并進行了模態(tài)矩陣校驗,該實驗驗證了有限元仿真分析的合理性,經(jīng)過實驗和仿真的雙方對比驗證了實驗模型和仿真結果的正確性。
【圖文】：

圖１．１邋ＣＪ１９０Ｚ４型機床主軸實驗模型逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋ＣＪ１９０Ｚ４邋ｍａｃｈｉｎｅ邋ｔｏｏｌ邋ｓｐｉｎｄｌｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｍｏｄｅｌ逡逑

動態(tài)特性分析時非常有必要的。本文以ＣＪ１９０Ｚ４型機床主軸實驗臺為研究對象，對其進行靜逡逑力學分析、模態(tài)分析、諧響應分析等操作，研宄機床主軸的動態(tài)性能，ＣＪ１９０Ｚ４型機床主軸系逡逑統(tǒng)實驗模型零件圖見圖３．１。逡逑６－Ｍ６ｔｔＳ邋—＊４－１＾逡逑ＰＣＴ邋１－ＮＮ３Ｑ１Ｋ邋２－７ＤＩ８ＡＣＭ邋１邋棚邋１７Ｋ、ｊ——一門邐／＾０１４４邋＼逡逑ｉｉ＝蘭嗎：邐＊４－逡逑＿邐３５０邐￣Ｈ邐邐Ｉ邋Ｍｉ逡逑６２邋ｉ５邋邐４５１邐７０邐１４逡逑Ａ邋向邐邐—＾邐—邐邐—邋邋邐逡逑圖３．１邋ＣＪ１９０Ｚ４機床主軸實驗模型裝配圖逡逑Ｆｉｇ邋３．１邋ＣＪ１９０Ｚ４邋ｍａｃｈｉｎｅ邋ｔｏｏｌ邋ｓｐｉｎｄｌｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｍｏｄｅｌ邋ａｓｓｅｍｂｌｙ邋ｄｒａｗｉｎｇ逡逑３．１邋ＡＮＳＹＳ邋Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ邋軟件簡介逡逑ＡＮＳＹＳ邋Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ軟件是一個有限元分析的軟件，方便實用，能與多數(shù)ＣＡＤ軟件進行數(shù)逡逑據(jù)共享，如邋ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ、ＮＡＳＴＲＡＮ、Ａｌｏｇｏｒ、ＡｕｔｏＣＡＤ邋等。而且擁有邋ＡＮＳＹＳ邋和邋ＡＮＳＹＳ逡逑ＣＦＸ的各種共同優(yōu)點，收到了使用者的一致好評。其功能強大，操作方便，，用戶界面完全符逡逑合Ｗｉｎｄｏｗｓ使用習慣，而且軟件內數(shù)據(jù)自動更新的功能，同時還能管理內部的綜合參數(shù)。該逡逑軟件主要由四個部分組成：幾何建模模塊（Ｄｅｓｉｇｎ邋Ｍｏｄｅｌｅｒ）、有限元分析計算（設計仿真）模塊、逡逑后處理優(yōu)化設計模塊（設計Ｘｐｌｏｒｅｒ）和ＦＥ邋Ｍｏｄｅｌｅｒ模塊。幾何造型模塊（設計建模器）主要用于逡逑建立有限元仿真模型
【學位授予單位】：沈陽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG502

【參考文獻】

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本文編號：2663278