高速鐵路道岔數控龍門銑床結構優(yōu)化設計研究
發(fā)布時間：2021-10-17 09:09
近年來高鐵行業(yè)發(fā)展迅速,其中高速鐵路道岔作為鐵路軌道的重要組成部分,其加工制造也得到越來越多的關注。高速鐵路道岔通常使用高錳鋼材料制成,屬典型難加工材料,又由于道岔加工一般采用成型銑刀一次加工成型,屬重切削類型,這就對加工設備提出了很高的要求。為了滿足高鐵道岔的加工需求,要求機床具有足夠高的靜動態(tài)剛度和良好的機床結構穩(wěn)定性,另外,對機床的抗振性也提出了較高的要求。本文以高速鐵路道岔數控龍門銑床為研究對象,利用有限元分析技術在機床設計階段對其結構做了全面的靜動態(tài)特性分析,并利用現代優(yōu)化算法和有限元分析軟件對機床關鍵零部件以及整機的結構做了尺寸優(yōu)化。本文構建了高速鐵路道岔數控龍門銑床的三維數模,建立了有限元模型,對其進行線性靜力分析、模態(tài)分析,驗證了銑床零部件及整機的剛度和強度。分析結果顯示,立柱與橫梁的最大變形量不能滿足設計指標,需做后續(xù)優(yōu)化。結合諧響應分析結果可知,需對整機結構進行優(yōu)化以提高機床的固有頻率。對立柱與橫梁分別做了單工況單目標尺寸優(yōu)化,優(yōu)化后立柱、橫梁以及銑床整機的最大變形量滿足設計指標;針對銑床整機基頻偏低問題,通過靈敏度分析找出影響銑床基頻的關鍵尺寸,并對其進行單工況單...
【文章來源】：長春工業(yè)大學吉林省
【文章頁數】：81 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
數控龍門銑床的前視圖
（3）銑床結構中存在一些較為復雜的特征，如曲率較小的曲面、錐度較小的曲面等，對這些復雜特征做平面化處理。（4）對于銑床整體結構有限元分析影響非常小的零部件，可直接刪除或用質量塊代替。將數控龍門銑床的三維模型導入到 HyperMesh 有限元仿真分析軟件中進行有限元建模，根據銑床各個零部件結構的差異選用不同尺寸劃分有限元網格，各個零部件網格尺寸在 60mm 到 80mm 之間。根據數控龍門銑床結構特點，對整機采用殼單元和六面體單元相結合的方式進行有限元網格劃分。網格劃分后對網格的 Jacobian（雅克比）、Aspect Ratio（縱橫比）、Warpage（翹曲角）、Skew（扭曲度）、Tetra Collapse（四面體坍塌比）等參數進行檢測，通過單元質量檢查可知有限元模型網格單元質量的幾何參數均滿足要求，可以保證有限元模型的準確性。最終整機共劃分 122869 個節(jié)點，129803 個單元。銑床大件的材料為灰鑄鐵 HT300，彈性模量為 130GPa，泊松比為 0.25，密度為 7400kg/m3。初始設計方案的高速鐵路道岔數控龍門銑床三維模型和有限元模型如圖 2.2，2.3 所示。
（3）銑床結構中存在一些較為復雜的特征，如曲率較小的曲面、錐度較小的曲面等，對這些復雜特征做平面化處理。（4）對于銑床整體結構有限元分析影響非常小的零部件，可直接刪除或用質量塊代替。將數控龍門銑床的三維模型導入到 HyperMesh 有限元仿真分析軟件中進行有限元建模，根據銑床各個零部件結構的差異選用不同尺寸劃分有限元網格，各個零部件網格尺寸在 60mm 到 80mm 之間。根據數控龍門銑床結構特點，對整機采用殼單元和六面體單元相結合的方式進行有限元網格劃分。網格劃分后對網格的 Jacobian（雅克比）、Aspect Ratio（縱橫比）、Warpage（翹曲角）、Skew（扭曲度）、Tetra Collapse（四面體坍塌比）等參數進行檢測，通過單元質量檢查可知有限元模型網格單元質量的幾何參數均滿足要求，可以保證有限元模型的準確性。最終整機共劃分 122869 個節(jié)點，129803 個單元。銑床大件的材料為灰鑄鐵 HT300，彈性模量為 130GPa，泊松比為 0.25，密度為 7400kg/m3。初始設計方案的高速鐵路道岔數控龍門銑床三維模型和有限元模型如圖 2.2，2.3 所示。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于ANSYS的砂輪架體及電主軸的靜動態(tài)特性分析[J]. 范晉偉,李相智,張紅亮,印健,賈鑫. 組合機床與自動化加工技術. 2019(02)
[2]基于響應面模型和集成方法的數控機床整機優(yōu)化[J]. 張在房,張佳翔. 組合機床與自動化加工技術. 2018(03)
[3]管體坡口專用加工機床主軸動態(tài)特性分析[J]. 李昭駿,楊赫然,孫興偉. 機械工程與自動化. 2017(06)
[4]XK719數控銑床的結構尺寸優(yōu)化[J]. 張疆平,關英俊,賈成閣,趙希祿. 機床與液壓. 2016(15)
[5]TX-1600G數控鏜銑加工中心鏜削系統(tǒng)變結構動態(tài)特性分析[J]. 舒啟林,王儒,姚淵,趙旭寧,祝振林. 組合機床與自動化加工技術. 2016(07)
[6]基于靈敏度分析的船式拖拉機機架結構優(yōu)化設計[J]. 周明剛,張露,陳源,劉明勇,黃云朋. 農業(yè)工程學報. 2016(12)
[7]面向機床整機動態(tài)性能的立柱結構優(yōu)化設計研究[J]. 劉成穎,譚鋒,王立平,蔡釗勇. 機械工程學報. 2016(03)
[8]數控龍門銑床主結構靜動態(tài)特性分析[J]. 梁瑜洋,王益軒,高丹,陳榮榮. 西安工程大學學報. 2014(06)
[9]基于靈敏度分析的木薯收獲機機架結構優(yōu)化設計[J]. 廖宇蘭,劉世豪,孫佑攀,馬慶芬,林茂. 農業(yè)機械學報. 2013(12)
[10]基于動力學及切削特性耦合的數控機床結構設計[J]. 楊毅青,劉強,申江麗,田愷. 振動與沖擊. 2013(10)
博士論文
[1]基于靈敏度分析的空間高光譜成像儀熱控制技術研究[D]. 郭亮.中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所） 2013
碩士論文
[1]大型數控龍門銑床結構設計與虛擬樣機研究[D]. 開劍波.西安工程大學 2016
[2]數控龍門銑床力學特性分析與多目標優(yōu)化[D]. 伍偉.桂林電子科技大學 2015
[3]HDL-50加工中心關鍵件靜動態(tài)特性分析及結構優(yōu)化設計[D]. 李珊珊.大連理工大學 2014
[4]基于有限元法的XK2423數控銑床結構分析與優(yōu)化[D]. 劉甚宏.長春工業(yè)大學 2014
[5]大型數控龍門銑床主軸柔性傳動系統(tǒng)優(yōu)化設計方法研究[D]. 于亮.沈陽工業(yè)大學 2013
[6]臥式龍門銑床立柱力學性能分析[D]. 肖琪聃.河南科技大學 2009
[7]20-10FPS00NK龍門銑床的數控改造[D]. 鐘靈.西北農林科技大學 2006
[8]基于ANSYS的高速加工中心有限元分析[D]. 李修平.華中科技大學 2005
本文編號：3441506
【文章來源】：長春工業(yè)大學吉林省
【文章頁數】：81 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
數控龍門銑床的前視圖
（3）銑床結構中存在一些較為復雜的特征，如曲率較小的曲面、錐度較小的曲面等，對這些復雜特征做平面化處理。（4）對于銑床整體結構有限元分析影響非常小的零部件，可直接刪除或用質量塊代替。將數控龍門銑床的三維模型導入到 HyperMesh 有限元仿真分析軟件中進行有限元建模，根據銑床各個零部件結構的差異選用不同尺寸劃分有限元網格，各個零部件網格尺寸在 60mm 到 80mm 之間。根據數控龍門銑床結構特點，對整機采用殼單元和六面體單元相結合的方式進行有限元網格劃分。網格劃分后對網格的 Jacobian（雅克比）、Aspect Ratio（縱橫比）、Warpage（翹曲角）、Skew（扭曲度）、Tetra Collapse（四面體坍塌比）等參數進行檢測，通過單元質量檢查可知有限元模型網格單元質量的幾何參數均滿足要求，可以保證有限元模型的準確性。最終整機共劃分 122869 個節(jié)點，129803 個單元。銑床大件的材料為灰鑄鐵 HT300，彈性模量為 130GPa，泊松比為 0.25，密度為 7400kg/m3。初始設計方案的高速鐵路道岔數控龍門銑床三維模型和有限元模型如圖 2.2，2.3 所示。
（3）銑床結構中存在一些較為復雜的特征，如曲率較小的曲面、錐度較小的曲面等，對這些復雜特征做平面化處理。（4）對于銑床整體結構有限元分析影響非常小的零部件，可直接刪除或用質量塊代替。將數控龍門銑床的三維模型導入到 HyperMesh 有限元仿真分析軟件中進行有限元建模，根據銑床各個零部件結構的差異選用不同尺寸劃分有限元網格，各個零部件網格尺寸在 60mm 到 80mm 之間。根據數控龍門銑床結構特點，對整機采用殼單元和六面體單元相結合的方式進行有限元網格劃分。網格劃分后對網格的 Jacobian（雅克比）、Aspect Ratio（縱橫比）、Warpage（翹曲角）、Skew（扭曲度）、Tetra Collapse（四面體坍塌比）等參數進行檢測，通過單元質量檢查可知有限元模型網格單元質量的幾何參數均滿足要求，可以保證有限元模型的準確性。最終整機共劃分 122869 個節(jié)點，129803 個單元。銑床大件的材料為灰鑄鐵 HT300，彈性模量為 130GPa，泊松比為 0.25，密度為 7400kg/m3。初始設計方案的高速鐵路道岔數控龍門銑床三維模型和有限元模型如圖 2.2，2.3 所示。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于ANSYS的砂輪架體及電主軸的靜動態(tài)特性分析[J]. 范晉偉,李相智,張紅亮,印健,賈鑫. 組合機床與自動化加工技術. 2019(02)
[2]基于響應面模型和集成方法的數控機床整機優(yōu)化[J]. 張在房,張佳翔. 組合機床與自動化加工技術. 2018(03)
[3]管體坡口專用加工機床主軸動態(tài)特性分析[J]. 李昭駿,楊赫然,孫興偉. 機械工程與自動化. 2017(06)
[4]XK719數控銑床的結構尺寸優(yōu)化[J]. 張疆平,關英俊,賈成閣,趙希祿. 機床與液壓. 2016(15)
[5]TX-1600G數控鏜銑加工中心鏜削系統(tǒng)變結構動態(tài)特性分析[J]. 舒啟林,王儒,姚淵,趙旭寧,祝振林. 組合機床與自動化加工技術. 2016(07)
[6]基于靈敏度分析的船式拖拉機機架結構優(yōu)化設計[J]. 周明剛,張露,陳源,劉明勇,黃云朋. 農業(yè)工程學報. 2016(12)
[7]面向機床整機動態(tài)性能的立柱結構優(yōu)化設計研究[J]. 劉成穎,譚鋒,王立平,蔡釗勇. 機械工程學報. 2016(03)
[8]數控龍門銑床主結構靜動態(tài)特性分析[J]. 梁瑜洋,王益軒,高丹,陳榮榮. 西安工程大學學報. 2014(06)
[9]基于靈敏度分析的木薯收獲機機架結構優(yōu)化設計[J]. 廖宇蘭,劉世豪,孫佑攀,馬慶芬,林茂. 農業(yè)機械學報. 2013(12)
[10]基于動力學及切削特性耦合的數控機床結構設計[J]. 楊毅青,劉強,申江麗,田愷. 振動與沖擊. 2013(10)
博士論文
[1]基于靈敏度分析的空間高光譜成像儀熱控制技術研究[D]. 郭亮.中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所） 2013
碩士論文
[1]大型數控龍門銑床結構設計與虛擬樣機研究[D]. 開劍波.西安工程大學 2016
[2]數控龍門銑床力學特性分析與多目標優(yōu)化[D]. 伍偉.桂林電子科技大學 2015
[3]HDL-50加工中心關鍵件靜動態(tài)特性分析及結構優(yōu)化設計[D]. 李珊珊.大連理工大學 2014
[4]基于有限元法的XK2423數控銑床結構分析與優(yōu)化[D]. 劉甚宏.長春工業(yè)大學 2014
[5]大型數控龍門銑床主軸柔性傳動系統(tǒng)優(yōu)化設計方法研究[D]. 于亮.沈陽工業(yè)大學 2013
[6]臥式龍門銑床立柱力學性能分析[D]. 肖琪聃.河南科技大學 2009
[7]20-10FPS00NK龍門銑床的數控改造[D]. 鐘靈.西北農林科技大學 2006
[8]基于ANSYS的高速加工中心有限元分析[D]. 李修平.華中科技大學 2005
本文編號：3441506
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/3441506.html
