本文關鍵詞：數(shù)控平面磨床的動態(tài)特性分析與結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化

  更多相關文章： 平面磨床 模態(tài)分析 薄弱環(huán)節(jié) 拓撲優(yōu)化 結(jié)構(gòu)改進

【摘要】：平面磨床因其加工精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)可靠、通用性好等特點而被廣泛應用于精密和超精密工件的加工中。隨著加工技術的飛速發(fā)展,機床逐漸呈現(xiàn)出高速度、高效率、高精度和自動化的發(fā)展趨勢,磨削加工在切削加工中所占的比重也越來越大,因此對機床的動態(tài)性能要求也越來越高。目前,機床的關鍵零部件的設計都是采用類比法仿制國外的產(chǎn)品或者采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計,使得設計出來的結(jié)構(gòu)不夠合理,其靜動態(tài)特性得不到保證,直接影響到機床的加工精度和性能要求。因此,需要對機床的整機動態(tài)性能進行分析,并根據(jù)分析結(jié)果有針對性的加以改進,使得設計出來的機床滿足預想的性能要求。本文以某數(shù)控臥軸矩臺平面磨床為研究對象,運用有限元分析技術和結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化并結(jié)合模態(tài)試驗的方法,對其進行了模態(tài)分析和拓撲優(yōu)化設計。主要研究內(nèi)容如下:(1)根據(jù)數(shù)控臥軸矩臺平面磨床的結(jié)構(gòu)特點,在三維建模軟件中建立磨床關鍵部件的三維實體模型,包括床身、工作臺、立柱、拖板、磨頭體以及其他的零部件,按照裝配要求完成機床整機的裝配。進行適當?shù)暮喕髮胫劣邢拊治鲕浖M行前處理。對磨床主要結(jié)合部特性和結(jié)合面參數(shù)進行了分析和求解,建立考慮結(jié)合部特性的磨床整機的有限元模型。(2)用有限元軟件對磨床整機進行模態(tài)分析,得到磨床前十二階模態(tài)頻率和振型,對磨床整機的動態(tài)特性分析結(jié)果進行探討。通過試驗模態(tài)分析方法對磨床整機的動態(tài)特性進行測試,根據(jù)測試結(jié)果驗證有限元模態(tài)分析的正確性。結(jié)合有限元模態(tài)分析結(jié)果和實驗數(shù)據(jù),識別出磨床的振動薄弱環(huán)節(jié)。(3)通過拓撲優(yōu)化的方法,利用Hyper Works軟件中的Opti Struct模塊對磨床的振動薄弱環(huán)節(jié)立柱進行拓撲優(yōu)化設計,并根據(jù)分析結(jié)果設計新的結(jié)構(gòu)模型。將立柱優(yōu)化前后的靜動態(tài)特性以及磨床整機的動態(tài)特性進行對比,結(jié)果表明立柱優(yōu)化后,其靜動態(tài)特性均有所提高,磨床整機的動態(tài)特性也得到了改善。
【關鍵詞】：平面磨床 模態(tài)分析 薄弱環(huán)節(jié) 拓撲優(yōu)化 結(jié)構(gòu)改進
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG596
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 本課題的研究背景及意義10-11
• 1.2 機床動態(tài)特性研究概況11-14
• 1.2.1 機械結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的研究方法11-13
• 1.2.2 機床動態(tài)特性的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 機床結(jié)構(gòu)設計方法研究概況14-17
• 1.3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的研究方法14-15
• 1.3.2 拓撲優(yōu)化的發(fā)展及研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.3 機床結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的研究現(xiàn)狀17
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容17-20
• 1.4.1 研究的對象17-18
• 1.4.2 研究的主要內(nèi)容18-20
• 第2章 動態(tài)特性分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法20-34
• 2.1 動態(tài)特性及模態(tài)分析理論20-21
• 2.1.1 機床動態(tài)特性的基本概念20
• 2.1.2 模態(tài)分析理論20-21
• 2.2 試驗模態(tài)分析方法21-25
• 2.2.1 試驗模態(tài)分析理論22-23
• 2.2.2 試驗模態(tài)分析系統(tǒng)及分析步驟23
• 2.2.3 傳遞函數(shù)的計算23-24
• 2.2.4 參數(shù)識別24-25
• 2.3 有限元結(jié)構(gòu)動力學分析25-26
• 2.4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計理論與方法26-33
• 2.4.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計理論26-27
• 2.4.2 連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法27-29
• 2.4.3 結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化算法29-31
• 2.4.4 OptiStruct簡介31-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第3章 磨床整機的動態(tài)特性分析與實驗研究34-50
• 3.1 數(shù)控臥軸矩臺平面磨床的基本結(jié)構(gòu)34-35
• 3.2 磨床整機三維CAD模型的建立35-36
• 3.3 結(jié)合面的分析36-40
• 3.3.1 結(jié)合面簡介36
• 3.3.2 結(jié)合部的等效動力學模型36-37
• 3.3.3 磨床主要結(jié)合面參數(shù)的確定37-40
• 3.4 磨床整機有限元模型的建立40-42
• 3.4.1 動力學建模方法簡介40-41
• 3.4.2 磨床整機的有限元模型41-42
• 3.5 磨床整機的有限元模態(tài)分析42-45
• 3.6 磨床的試驗模態(tài)分析45-49
• 3.6.1 試驗系統(tǒng)及試驗方案46-48
• 3.6.2 試驗模態(tài)分析48-49
• 3.7 本章小結(jié)49-50
• 第4章 磨床主要零部件有限元分析及優(yōu)化50-69
• 4.1 磨床立柱結(jié)構(gòu)的靜動態(tài)特性分析50-59
• 4.1.1 立柱結(jié)構(gòu)的靜力學分析50-52
• 4.1.2 立柱結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性分析52-54
• 4.1.3 基于SIMP方法的拓撲優(yōu)化數(shù)學模型54-57
• 4.1.4 立柱拓撲優(yōu)化的基本思想57-58
• 4.1.5 立柱拓撲優(yōu)化結(jié)果58-59
• 4.3 立柱的改進模型及分析59-64
• 4.3.1 立柱改進前后的筋板結(jié)構(gòu)模型59-60
• 4.3.2 新立柱結(jié)構(gòu)的靜力學分析60-61
• 4.3.3 新立柱結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性分析61-62
• 4.3.4 立柱優(yōu)化前后靜態(tài)特性對比62-63
• 4.3.5 立柱優(yōu)化前后動態(tài)特性對比63-64
• 4.4 立柱優(yōu)化前后整機的動態(tài)特性對比64-67
• 4.4.1 立柱優(yōu)化后的整機模態(tài)分析64-67
• 4.4.2 立柱優(yōu)化前后整機動態(tài)特性對比67
• 4.5 本章小結(jié)67-69
• 第5章 論文總結(jié)與展望69-71
• 5.1 論文總結(jié)69-70
• 5.2 展望70-71
• 參考文獻71-74
• 致謝74-75
• 在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果75

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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2 何杰,陳新,毛海軍,陳南,孫慶鴻;虛擬制造技術在高精度內(nèi)圓磨床開發(fā)中的應用[J];制造業(yè)自動化;2000年08期

3 周克民,李俊峰,李霞;結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化研究方法綜述[J];力學進展;2005年01期

4 周新建;王若飛;吳智恒;阮航;胡維東;;基于Hypermesh的立式加工中心立柱結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化[J];華東交通大學學報;2013年06期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 紀國偉;無心外圓磨床結(jié)構(gòu)動態(tài)分析與優(yōu)化設計研究[D];東南大學;2006年

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本文編號：1045372