GZK4230数控带锯床有限元分析及优化设计

发布时间：2017-04-10 21:01

  本文关键词：GZK4230数控带锯床有限元分析及优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：数控带锯床作为现代制造业初加工的主要加工设备,已成为国内和国际制造业初加工设备的首选。锯切可以节省材料和提高加工效率,是制造业中不可缺少的环节,已成为现代制造业生产的基本手段,因此数控带锯床在我国制造业占据极其重要的位置,已广泛应用于我国国民经济各行业、各领域,如机械设备制造、汽车、钢铁、造船、航空航天、采矿和石油等。我国数控带锯床的研究和设计发展较晚,和国际先进数控带锯床存在一定差距,随着国际上数控带锯床向高稳定性和高精度方向发展,良好的静态和动态特性将是数控带锯床今后重点研究的方向。本课题“GZK4230数控带锯床有限元分析及优化设计”来源于校企合作横向项目“典型带锯床关键技术研究及产业化应用”,课题研究针对我国数控带锯床结构设计上存在的不足,结合理论研究和实际经验对其结构进行有限元静态和动态特性分析,并在结构静态和动态特性分析的基础上对数控带锯床的结构进行优化,本课题的具体研究内容包括:第一章,详述了数控带锯床产业的国内外现状以及其发展趋势,分析了我国数控带锯床与国外的差距,研究了我国数控带锯床普遍存在的问题,最后介绍了课题的选题意义与研究内容。第二章,详述了建立GZK4230数控带锯床的有限元模型的步骤,包括三维建模以及结合实际情况对模型结构进行适当简化、网格划分和设置边界条件,最后完成有限元模型的创建。第三章,简述了结构静态特性分析的理论基础,结合带锯床工作的实际情况,对数控带锯床锯切系统的受力情况进行了理论分析和计算,并分别对锯切系统及其零部件、底座整体以及带据床整体进行了静态特性分析,通过对数控带锯床的零部件及整体的静态分析,得到结构的应力分布云图和变形云图,同时通过静态分析结果分析结构的静态特性。第四章,简述了结构动态特性分析的理论基础,结合带锯床工作的实际情况,分别对锯切系统零部件及其整体、底座整体以及带据床整体进行了模态分析和谐响应分析,分别得到结构的前4阶模态振型图以及结构在外部简谐激励下的频率响应曲线图,同时根据结构的模态分析和谐响应分析结果来分析其结构的动态特性。第五章,简述了结构优化设计的概念和理论基础,结合带锯床结构静态和动态的有限元分析结果对带锯床的锯架、主动和从动带锯轮以及底座进行了结构优化,并对优化后的结构进行了静态和动态特性分析,得出分析结果,对比结构优化前后的静态和动态特性,给出了结构优化的结论。第六章,对论文的主要研究内容进行了总结,给出了今后要开展的工作和研究方向。
【关键词】：数控带锯床 有限元 静态特性 动态特性 优化设计
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG561
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题背景与来源11
• 1.2 数控带锯床行业国内外现状与发展趋势11-13
• 1.2.1 数控带锯床行业国内外现状11-12
• 1.2.2 数控带锯床发展趋势12-13
• 1.3 有限元分析和结构优化设计的研究现状及发展趋势13-14
• 1.3.1 有限元分析概述13
• 1.3.2 有限元分析研究现状及发展趋势13
• 1.3.3 结构优化设计概述13-14
• 1.3.4 结构优化设计研究现状和发展趋势14
• 1.4 GZK4230数控带锯床简介14-16
• 1.4.1 锯床设备概述14-15
• 1.4.2 GZK4230数控带锯床简介15-16
• 1.5 论文的选题意义与主要研究内容16
• 1.5.1 选题意义16
• 1.5.2 主要研究内容16
• 1.6 本章小结16-17
• 第2章 GZK4230数控带锯床有限元分析模型的建立17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 课题主要应用的软件简介17
• 2.2.1 Pro/E简介17
• 2.2.2 ANSYS Workbench简介17
• 2.3 创建GZK4230数控带锯床有限元分析模型的步骤17-18
• 2.4 创建GZK4230数控带锯床的三维模型及模型简化18-20
• 2.4.1 建立GZK4230数控带锯床的三维模型18
• 2.4.2 GZK4230数控带锯床的结构组成18-19
• 2.4.3 简化三维模型19-20
• 2.5 模型的接触处理和网格划分20-22
• 2.5.1 模型接触面处理20-21
• 2.5.2 网格划分21-22
• 2.6 建立模型的边界条件22-24
• 2.6.1 定义材料属性22-23
• 2.6.2 施加载荷23
• 2.6.3 施加约束23-24
• 2.7 本章小结24-25
• 第3章 GZK4230数控带锯床的静态特性分析25-36
• 3.1 引言25
• 3.2 静态特性分析理论基础25
• 3.3 GZK4230数控带锯床锯切系统力学分析25-28
• 3.4 GZK4230数控带锯床的静态特性分析28-35
• 3.4.1 锯切系统零部件及整体结构的静态特性分析28-33
• 3.4.2 带锯床底座整体结构的静态特性分析33-34
• 3.4.3 GZK4230数控带锯床整体结构的静态特性分析34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 GZK4230数控带锯床的动态特性分析36-55
• 4.1 引言36
• 4.2 动态特性分析理论基础36-37
• 4.2.1 模态分析理论基础36
• 4.2.2 谐响应分析分析理论基础36-37
• 4.3 GZK4230数控带锯床的模态分析37-45
• 4.3.1 锯切系统零部件及整体结构的模态分析37-43
• 4.3.2 带锯床底座整体结构的模态分析43-44
• 4.3.3 GZK4230数控带锯床整体结构的模态分析44-45
• 4.4 GZK4230数控带锯床的谐响应分析45-53
• 4.4.1 锯切系统零部件及整体结构的谐响应分析45-51
• 4.4.2 带锯床底座整体结构的谐响应分析51-52
• 4.4.3 GZK4230数控带锯床整体结构的谐响应分析52-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第5章 GZK4230数控带锯床的结构优化设计55-64
• 5.1 引言55
• 5.2 锯架的拓扑优化55-57
• 5.2.1 定义锯架结构优化的设计空间55-56
• 5.2.2 拓扑优化56
• 5.2.3 锯架结构优化前后静态和动态特性对比56-57
• 5.3 主动带锯轮的拓扑优化57-59
• 5.3.1 定义主动带锯轮结构优化的设计空间57-58
• 5.3.2 拓扑优化58
• 5.3.3 主动带锯轮结构优化前后静态和动态特性对比58-59
• 5.4 从动带锯轮的拓扑优化59-61
• 5.4.1 定义从动带锯轮结构优化的设计空间59-60
• 5.4.2 拓扑优化60-61
• 5.4.3 从动带锯轮结构优化前后静态和动态特性对比61
• 5.5 带锯床底座的拓扑优化61-63
• 5.5.1 定义底座结构优化的设计空间61-62
• 5.5.2 拓扑优化62-63
• 5.5.3 底座结构优化前后静态和动态特性对比63
• 5.6 本章小结63-64
• 第6章 总结与展望64-66
• 6.1 总结64
• 6.2 展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-69

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