GT650铣齿机结构动静态特性分析及优化设计研究

发布时间：2017-08-02 10:20

  本文关键词：GT650铣齿机结构动静态特性分析及优化设计研究

  更多相关文章： 元结构 截面拓扑 多目标优化 有限元

【摘要】：本文阐述了结构优化设计的类型与方法,介绍了国内外机床结构优化设计的发展现状及概况。基于结构设计与优化方法,对GT650螺旋锥齿轮铣齿机的结构优化进行分析研究,通过对整机及各关键部件进行动静态特性分析,从而展开优化设计。研究工作主要包括以下内容:(1)对铣齿机进行简化的三维建模及整机装配,结合其实际加工工况时的载荷及约束情况,对铣齿机整机进行动静态特性分析及计算。(2)对机床不同类型的元结构进行分析,以比刚度为评优标准选取动态性能较优的元结构,并采用变量化分析法去分析元结构的一些几何参数对其基频的影响,采用该元结构改进和优化机床结构部件的最小元结构,从而实现结构部件的优化。运用上述元结构的思想实现了滑台、滑座及立柱的结构优化。(3)采用截面拓扑方法对床身截面进行优化,通过截面拉伸和横向肋板分布,从而形成新的床身内部筋格形式。对床身进行参数化建模并导入ANSYS Workbench,实现有限元模型的参数化,并运用其模块中的响应面法的多目标优化方法对床身结构的外部尺寸和内部筋格尺寸进行参数优化。以床身的总变形量、质量和前三阶固有频率为优化目标,生成响应参考设计点,选取最符合设计要求的设计点,对床身结构尺寸进行改进优化,从而实现床身的结构优化。(4)将优化后的各个重要部件对整机重新装配并对整机的动静态特性进行分析,与原整机进行比较,数据显示出整机的动静态性能得到了相应的提高,验证了各部件的优化对整机优化的重要性。
【关键词】：元结构 截面拓扑 多目标优化 有限元
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG611
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外机床结构优化设计发展现状10-13
• 1.2.1 结构优化设计问题及应用10-12
• 1.2.2 国外研究动态及现状12
• 1.2.3 国内研究动态及现状12-13
• 1.3 研究目的及意义13-14
• 1.4 主要研究内容与安排14-15
• 第2章 铣齿机整机的有限元动静态特性分析15-25
• 2.1 有限元结构分析的基本理论15-18
• 2.1.1 结构静力学分析理论15-16
• 2.1.2 结构动力学分析理论16-17
• 2.1.3 有限元分析软件简介17-18
• 2.2 铣齿机整机的有限元建模18-20
• 2.2.1 铣齿机整机的CAD模型18
• 2.2.2 铣齿机整机的有限元模型18-20
• 2.3 铣齿机整机的动静态特性分析20-24
• 2.3.1 铣齿机加工工况载荷及约束分析20-21
• 2.3.2 铣齿机整机的静力学分析21-22
• 2.3.3 铣齿机整机的动力学分析22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 基于元结构的机床结构部件动态优化设计研究25-39
• 3.1 元结构的概念与方法25-26
• 3.2 元结构的分析与研究26-30
• 3.2.1 元结构的选型26-27
• 3.2.2 元结构出砂孔的大小对其动态特性的影响27-28
• 3.2.3 元结构肋板厚度大小对其动态特性的影响28-30
• 3.3 基于元结构的滑座结构优化设计30-34
• 3.3.1 滑座筋格密度的分析研究30-32
• 3.3.2 滑座的元结构提取与改进32-33
• 3.3.3 滑座结构的优化设计33-34
• 3.4 基于元结构的立柱结构优化设计34-37
• 3.4.1 立柱元结构的提取与改进35-36
• 3.4.2 立柱筋格结构的优化设计36-37
• 3.5 基于元结构的滑台结构优化设计37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第4章 床身结构的优化设计分析与研究39-55
• 4.1 结构尺寸优化设计39-41
• 4.1.1 优化设计的数学模型39-40
• 4.1.2 基于AWE响应面法的多目标优化设计40-41
• 4.2 床身外部尺寸参数的优化设计分析41-47
• 4.2.1 床身外部尺寸的参数化模型41-42
• 4.2.2 床身外部尺寸优化的数学模型42-43
• 4.2.3 床身外部尺寸优化的计算和结果分析43-47
• 4.3 床身内部筋格的优化设计分析47-54
• 4.3.1 基于截面拓扑优化的结构分析47-49
• 4.3.2 床身内部筋格尺寸优化的数学模型49-51
• 4.3.3 床身筋格尺寸的优化计算与结果分析51-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 整机优化后的结构动静态特性分析55-61
• 5.1 整机优化后的有限元模型55-56
• 5.2 整机优化后的静力学分析56-58
• 5.3 整机优化后的动力学分析58-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第6章 总结与展望61-63
• 6.1 本文总结61
• 6.2 研究展望61-63
• 参考文献63-66
• 在学研究成果66-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨林;叶坤;;基于结构分解的机床床身优化设计研究[J];机械工程师;2015年04期

2 王万金;殷国富;胡腾;邓聪颖;;机床多截面拓扑优化方法研究[J];组合机床与自动化加工技术;2014年12期

3 周继瑶;;论现代机械中的结构优化设计[J];企业科技与发展;2013年09期

4 赵岭;王婷;梁明;李国孟;;机床结构件轻量化设计的研究现状与进展[J];机床与液压;2012年15期

5 王富强;芮执元;雷春丽;吴沁;;基于元结构的精密机床床身结构动态分析和优化[J];机械设计;2012年05期

6 申远;金一;褚彪;骆念武;竺长安;;基于遗传算法的锻压机床多目标优化设计方法[J];中国机械工程;2012年03期

7 苏渤;王永泉;朱祥;陈花玲;;基于有限元分析的机床结构优化设计[J];精密制造与自动化;2011年04期

8 丛明;宋健;王贵飞;周孜亮;;高速卧式加工中心主轴箱拓扑优化设计[J];组合机床与自动化加工技术;2011年11期

9 张付祥;李文忠;;现代设计方法在机械学科本科毕业设计中的应用[J];中国现代教育装备;2011年11期

10 葛宜元;杨传华;;基于ABAQUS的秸秆还田机刀轴有限元应力仿真[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2010年05期

，

本文编号：608788