精密卧式加工中心螺栓连接刚度分析与优化

发布时间：2017-10-26 01:05

  本文关键词：精密卧式加工中心螺栓连接刚度分析与优化

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【摘要】：近年来,汽车行业得到了突飞猛进的发展。随之而来的是对汽车重要部件的生产和制造能力需求的大幅度提升。卧式加工中心作为装备制造业中重要的“工业母机”便承担了这一重要任务。又因为卧式加工中心的整体刚度会对其加工精度产生很大的影响,而栓接结合部作为整体结构中的薄弱环节其刚度更是对卧式加工中心的加工精度影响甚大。传统栓接结合部的设计方案中,分析和校核往往采用基础力学体系中的材料力学,校核时只考虑连接强度和疲劳是否符合要求,而忽略了刚度的影响。为了能在初始设计阶段即将栓接结合部的刚度考虑在内,同时也能对传统的栓接结合部的设计方案加以优化,所以针对卧式加工中心栓接结合部静态特性中刚度方面的研究是十分必要的。本文主要通过对卧式加工中心固定结合部特别是其床身一立柱处的栓接结合部静态性能(刚度)的研究。以拴接结合部的整体刚度为优化目标,对卧式加工中心栓接结合部进行优化设计,从而提高卧式加工中心整体的加工精度和精度保持性。为实现上述的目的,本文主要进行了以下几个方面的研究：(1)引入层状弹性体系力学,通过Matlab软件加以编程计算出栓接结合部中远离螺栓连接结合面处的法向应力场,进而得到栓接结合面的法向刚度。(2)引入了一种既有方法计算螺栓连接处结合部的法向刚度,并在此基础上提出了一种计算栓接结合部切向刚度的数学模型。(3)通过原理性实验研究了影响栓接结合部切向刚度因素的主次顺序,得出了定性的结论。(4)通过Ansys Workbench有限元分析软件分别计算了卧式加工中心床身—立柱栓接结合部在不同的设计结构,不同的预紧力大小和不同的预紧顺序下的静刚度情况。并以此为根据,从上述三个方面对床身—立柱栓接结合部进行了优化设计,满足课题的要求。
【关键词】：卧式加工中心 栓接结合部 静态特性 层状弹性力学 优化设计
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题来源8
• 1.2 课题的背景和意义8-9
• 1.3 国内外相关领域研究现状9-14
• 1.3.1 机械结合面国内外研究现状9-11
• 1.3.2 栓接结合部国内外研究现状11-14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 2 基于层状弹性体系力学的机械结合面法向应力场计算16-43
• 2.1 层状弹性力学基本假定16-17
• 2.2 表面受单圆均布垂直载荷作用的层状弹性体系力学计算17-24
• 2.2.1 应力、应变和位移分量表达式17-19
• 2.2.2 模型定解条件19-21
• 2.2.3 应力、应变和位移分量表达式的变换21-24
• 2.3 应力、应变和位移分量的编程计算24-30
• 2.3.1 根据定解条件求解积分常数24-26
• 2.3.2 计算公式的编程调整26-28
• 2.3.3 模型数值积分计算的编程处理28-30
• 2.4 表面受多圆均布垂直载荷作用的层状弹性体系力学计算30-35
• 2.4.1 多圆载荷作用下应力与位移分量的坐标变换30-32
• 2.4.2 多圆载荷作用下应力与位移的计算32-35
• 2.5 表面受圆形均布垂直载荷结合面计算的MATLABGUI程序设计35-36
• 2.6 MATLAB程序实例计算结果正确性分析36-42
• 2.6.1 表面受单圆均布垂直载荷的机械结合部的计算实例36-39
• 2.6.2 表面受多圆均布垂直载荷的机械结合部的计算实例39-42
• 2.7 本章小结42-43
• 3 栓接结合部刚度理论解析模型的构建43-58
• 3.1 受压层压应力均布的栓接结合部法向刚度解析模型43-46
• 3.2 受压层压应力均布的栓接结合部切向刚度解析模型46-55
• 3.3 栓接结合部切向刚度数学模型和有限元计算结果对比分析55-57
• 3.3.1 栓接结合部切向刚度数学模型计算结果55
• 3.3.2 栓接结合部切向刚度有限元计算结果55-57
• 3.3.3 两种计算结果的对比分析57
• 3.4 本章小结57-58
• 4 栓接结合部切向刚度原理性实验研究58-77
• 4.1 正交实验58-60
• 4.1.1 正交实验设计的基本程序58-59
• 4.1.2 栓接结合部切向刚度正交实验设计59-60
• 4.2 实验仪器的选择和试件设计60-62
• 4.2.1 实验仪器选择60
• 4.2.2 试件设计60-62
• 4.3 栓接结合部切向刚度正交实验结果分析62-69
• 4.4 栓接结合部切向刚度正交实验修正69-73
• 4.5 栓接结合部切向刚度细化实验73-76
• 4.5.1 预紧力影响实验73-74
• 4.5.2 结合面和螺栓杆影响实验74-76
• 4.6 本章小结76-77
• 5 卧式加工中心床身—立柱栓接结合部刚度优化设计77-94
• 5.1 床身—立柱栓接结合部螺栓组初始设计方案77-80
• 5.2 床身—立柱栓接结合部刚度优化设计80-93
• 5.2.1 栓接结合部结构优化设计80-87
• 5.2.2 栓接结合部预紧力大小优化设计87-89
• 5.2.3 栓接结合部螺栓预紧顺序优化设计89-93
• 5.3 本章小结93-94
• 结论与展望94-96
• 参考文献96-100
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况100-101
• 致谢101-102

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张永杰;孙秦;;带预紧力受剪螺栓连接刚度分析[J];强度与环境;2007年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 吕文斌;螺栓联接建模及其接触刚度辨识方法的研究[D];北京交通大学;2014年

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本文编号：1096305