本文關(guān)鍵詞：立式加工中心滾齒軸箱動靜態(tài)特性分析及優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要地位,機(jī)床行業(yè)水平在一定程度上反映了一個國家工業(yè)水平的高低和綜合國力的強(qiáng)弱。隨著社會的迅速發(fā)展,機(jī)床在制造業(yè)中的地位也越來越重要。我國是制造業(yè)大國,但并非制造業(yè)強(qiáng)國,國內(nèi)機(jī)床水平相比國外仍有一定差距。目前,國內(nèi)機(jī)床零部件的設(shè)計多為基于經(jīng)驗的結(jié)構(gòu)設(shè)計,結(jié)構(gòu)設(shè)計完之后制造樣機(jī),經(jīng)過實際加工測試判定所設(shè)計結(jié)構(gòu)是否達(dá)到設(shè)計要求。一方面,此設(shè)計模式的設(shè)計周期長,且通常設(shè)計過于保守,材料利用率低,設(shè)計水平局限于設(shè)計師的經(jīng)驗。另一方面,在機(jī)床設(shè)計過程中多注重結(jié)構(gòu)靜態(tài)特性,對于結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的考慮往往較少。因此,對于機(jī)床動靜態(tài)特性的考察及將仿真方法應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計顯得尤為重要。本文在總結(jié)國內(nèi)外機(jī)床動靜態(tài)特性分析、振動特性分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,以CYK-M3加工中心的關(guān)鍵零部件之一滾齒軸箱為研究對象,通過數(shù)值仿真和實驗測試的結(jié)合,對滾齒軸箱進(jìn)行仿真模態(tài)分析、靜力分析及拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計,具體研究內(nèi)容如下：首先,利用DH5922動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)及配套軟件對滾齒軸箱進(jìn)行基于錘擊法的模態(tài)實驗,利用有限元軟件進(jìn)行仿真模態(tài)分析,得到滾齒軸箱的前六階固有頻率及模態(tài)振型。對比實驗與仿真結(jié)果,驗證了實驗結(jié)果的可靠性及仿真建模的準(zhǔn)確性。其次,利用DH5922動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)及配套軟件對滾齒軸箱進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)及切削條件下的振動實驗。通過分析振動加速度及振動位移結(jié)果,找出空運(yùn)轉(zhuǎn)及切削兩種狀態(tài)下的主要振源,并針對主要振源,提出相應(yīng)的減振方案�？偨Y(jié)分析機(jī)床其他可能存在的振動因素,并分別提出減振方案,為機(jī)床減振提供參考。最后,借助HyperWorks仿真分析平臺對滾齒軸箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析,得到第一主應(yīng)力云圖及位移云圖。分析得到結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力值及最大應(yīng)力位置,判定了結(jié)構(gòu)的安全性。分析得到結(jié)構(gòu)最大位移量及出現(xiàn)最大位移的位置,并重點考察了滾齒軸箱前后軸承組中心點處的位移量。靜力分析結(jié)果為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考。利用OptiStruct后處理軟件,以體積最小為優(yōu)化目標(biāo),以滾齒軸箱前后端軸承組中心點處的位移量、最大應(yīng)力為約束,對滾齒軸箱進(jìn)行基于SIMP方法的拓?fù)鋬?yōu)化；依據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果,考慮模型的可制造性,重構(gòu)滾齒軸箱三維模型,并對重構(gòu)后的模型進(jìn)行仿真靜力分析、模態(tài)分析,對比優(yōu)化前后的結(jié)構(gòu)動靜態(tài)特性。通過拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)動靜態(tài)性能提升基礎(chǔ)上的輕量化。
【關(guān)鍵詞】：模態(tài)分析 靜力分析 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 振動分析 有限元
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 研究目的及意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述14-20
• 1.2.1 機(jī)床結(jié)構(gòu)動靜態(tài)特性分析14-15
• 1.2.2 機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計15-18
• 1.2.3 機(jī)床振動特性分析18-20
• 1.3 任務(wù)來源及主要研究內(nèi)容20-23
• 1.3.1 任務(wù)來源20
• 1.3.2 主要研究內(nèi)容20-23
• 第二章 立式加工中心滾齒軸箱模態(tài)分析23-43
• 2.1 模態(tài)分析理論23-24
• 2.2 實驗?zāi)B(tài)分析24-34
• 2.2.1 CYK-M3立式加工中心簡介24
• 2.2.2 測試對象24-25
• 2.2.3 測試原理及裝置25-27
• 2.2.4 測點布置及通道參數(shù)設(shè)置27-30
• 2.2.5 測試結(jié)果分析30-34
• 2.3 滾齒軸箱仿真模態(tài)分析34-40
• 2.3.1 仿真模態(tài)分析有限元建模34-37
• 2.3.2 仿真分析過程及結(jié)果37-40
• 2.4 實驗結(jié)果與仿真結(jié)果對比分析40
• 2.5 本章小結(jié)40-43
• 第三章 立式加工中心滾齒軸箱振動特性分析43-55
• 3.1 機(jī)床系統(tǒng)受迫振動基本原理43-44
• 3.2 空轉(zhuǎn)條件下振動測試44-49
• 3.2.1 實驗方法44-45
• 3.2.2 實驗結(jié)果分析45-49
• 3.3 切削條件下振動測試49-54
• 3.3.1 實驗方法49-50
• 3.3.2 實驗結(jié)果分析50-54
• 3.4 振動分析及相應(yīng)減振方案54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 第四章 立式加工中心滾齒軸箱靜力分析及優(yōu)化設(shè)計55-71
• 4.1 滾齒軸箱靜力分析55-61
• 4.1.1 靜力分析有限元建模55-56
• 4.1.2 靜力分析步驟及結(jié)果56-61
• 4.2 滾齒軸箱SIMP方法拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計61-67
• 4.2.1 拓?fù)鋬?yōu)化有限元建模62-64
• 4.2.2 優(yōu)化結(jié)果及模型重構(gòu)64-67
• 4.3 結(jié)構(gòu)性能分析67-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 第五章 總結(jié)與展望71-73
• 5.1 工作總結(jié)71-72
• 5.2 研究展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 致謝77-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參與任務(wù)79-81
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表81

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本文編號：855517