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

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【摘要】：機床在國民經濟中具有重要地位,機床行業(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弱。隨著社會的迅速發(fā)展,機床在制造業(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)強國,國內機床水平相比國外仍有一定差距。目前,國內機床零部件的設計多為基于經驗的結構設計,結構設計完之后制造樣機,經過實際加工測試判定所設計結構是否達到設計要求。一方面,此設計模式的設計周期長,且通常設計過于保守,材料利用率低,設計水平局限于設計師的經驗。另一方面,在機床設計過程中多注重結構靜態(tài)特性,對于結構動態(tài)特性的考慮往往較少。因此,對于機床動靜態(tài)特性的考察及將仿真方法應用于結構設計顯得尤為重要。本文在總結國內外機床動靜態(tài)特性分析、振動特性分析及結構設計的研究現(xiàn)狀基礎上,以CYK-M3加工中心的關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合,對滾齒軸箱進行仿真模態(tài)分析、靜力分析及拓撲優(yōu)化設計,具體研究內容如下：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行基于錘擊法的模態(tài)實驗,利用有限元軟件進行仿真模態(tài)分析,得到滾齒軸箱的前六階固有頻率及模態(tài)振型。對比實驗與仿真結果,驗證了實驗結果的可靠性及仿真建模的準確性。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行空運轉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果,找出空運轉及切削兩種狀態(tài)下的主要振源,并針對主要振源,提出相應的減振方案�？偨Y分析機床其他可能存在的振動因素,并分別提出減振方案,為機床減振提供參考。最后,借助HyperWorks仿真分析平臺對滾齒軸箱進行結構靜力分析,得到第一主應力云圖及位移云圖。分析得到結構最大應力值及最大應力位置,判定了結構的安全性。分析得到結構最大位移量及出現(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。靜力分析結果為結構優(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,以滾齒軸箱前后端軸承組中心點處的位移量、最大應力為約束,對滾齒軸箱進行基于SIMP方法的拓撲優(yōu)化；依據(jù)拓撲優(yōu)化結果,考慮模型的可制造性,重構滾齒軸箱三維模型,并對重構后的模型進行仿真靜力分析、模態(tài)分析,對比優(yōu)化前后的結構動靜態(tài)特性。通過拓撲優(yōu)化設計實現(xiàn)了結構動靜態(tài)性能提升基礎上的輕量化。
【關鍵詞】：模態(tài)分析 靜力分析 結構優(yōu)化 振動分析 有限元
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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 國內外研究現(xiàn)狀綜述14-20
• 1.2.1 機床結構動靜態(tài)特性分析14-15
• 1.2.2 機床結構優(yōu)化設計15-18
• 1.2.3 機床振動特性分析18-20
• 1.3 任務來源及主要研究內容20-23
• 1.3.1 任務來源20
• 1.3.2 主要研究內容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 實驗模態(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)設置27-30
• 2.2.5 測試結果分析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 仿真分析過程及結果37-40
• 2.4 實驗結果與仿真結果對比分析40
• 2.5 本章小結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 機床系統(tǒng)受迫振動基本原理43-44
• 3.2 空轉條件下振動測試44-49
• 3.2.1 實驗方法44-45
• 3.2.2 實驗結果分析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 實驗結果分析50-54
• 3.4 振動分析及相應減振方案54
• 3.5 本章小結54-55
• 第四章 立式加工中心滾齒軸箱靜力分析及優(yōu)化設計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 靜力分析步驟及結果56-61
• 4.2 滾齒軸箱SIMP方法拓撲優(yōu)化設計61-67
• 4.2.1 拓撲優(yōu)化有限元建模62-64
• 4.2.2 優(yōu)化結果及模型重構64-67
• 4.3 結構性能分析67-70
• 4.4 本章小結70-71
• 第五章 總結與展望71-73
• 5.1 工作總結71-72
• 5.2 研究展望72-73
• 參考文獻73-77
• 致謝77-79
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及參與任務79-81
• 學位論文評閱及答辯情況表81

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