基于有限元的3-TPT并联机床结构特性研究

发布时间：2017-05-01 10:03

  本文关键词：基于有限元的3-TPT并联机床结构特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：并联机床是20世纪90年代发展起来的新型机床，与传统数控机床相比，并联机床具有刚度重量比大、响应速度快、环境适应性强和技术附加值高等优点，具有广阔的应用前景。随着计算机技术的发展，并联机床的设计越来越趋近于CAD／CAM／CAE的一体化。有限元技术用于指导机床的结构设计，使机床在强度和刚度方面满足要求，同时可以降低机床床身的重量，使床身轻量化。本文的研究对象是东北大学研制的3-TPT并联机床，在模型的构建上，采用了三维画图软件Solidworks，在Solidworks完成机床的几何建模，，然后导入到ANSYS中进行修改，以使模型得到合理的简化。同时根据机床工作位置的不同建立了三种位姿的有限元模型，分别对机床的三种位姿进行了静力、静刚度和模态分析。具体包括以下主要内容： (1) 叙述了本课题研究的目的意义，回顾了并联机床的发展历史，论述了并联机床国内外的研究现状。简要概述了有限单元法的基本思想以及应用概况，介绍了ANSYS软件的功能和特点。 (2) 详细阐述了三维有限单元法在并联机床上的应用，建立了三维有限单元的应力应变方程和单元刚度矩阵，为机床有限元模型的建立奠定了理论基础，并在此基础上研究建立了并联机床的有限元模型。 (3) 分析了并联机床的承受静力时的受力特点。通过应用ANSYS有限元软件对并联机床进行了静力分析，得出了机床主架和整机在不同位姿时的应力应变图，分析了机床应力分布规律。 (4) 根据并联机床的静刚度理论，对并联机床进行了有限元刚度分析，得出了机床不同位姿时的机床主架和整机的变形图和刚度值，同时根据在并联机床有平行机构和没有平行机构的情况下的刚度结果的分析，指出了平行机构对并联机床的刚度的影响。 (5) 运用了有限元的模态分析理论和ANSYS软件中模态分析功能，对机床进行了模态分析，研究了机床模态分析的各阶振型及其振动特性。
【关键词】：并联机床 有限元 ANSYS 静力分析 刚度分析 模态分析
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TG659
【目录】：

• 声明3
• 学位论文版权使用授权书3-4
• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 本课题研究的目的意义9-11
• 1.2 并联机床的发展历史和研究现状11-15
• 1.3 有限元分析方法及应用15-18
• 1.3.1 有限元分析方法15-17
• 1.3.2 ANSYS有限元软件17-18
• 1.4 本文的主要研究内容18-20
• 第二章 并联机床的有限元建模分析20-33
• 2.1 前言20-21
• 2.2 三维单元刚度矩阵21-26
• 2.2.1 三维应力和应变21-23
• 2.2.2 四面体应力单元的刚度矩阵23-26
• 2.3 应用有限元方法的有关原则26-27
• 2.3.1 离散化的基本原则26
• 2.3.2 网格划分的原则26-27
• 2.4 机床有限元模型的建立27-32
• 2.4.1 ANSYS实体建模方法27-28
• 2.4.2 ANSYS计算分析过程28
• 2.4.3 机床有限元模型的建立过程28-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 并联机床的静力特性分析33-52
• 3.1 前言33
• 3.2 机床的静力学分析33-37
• 3.2.1 机床机架受力分析34-36
• 3.2.2 平行机构受力分析36-37
• 3.3 并联机床的ANSYS静力分析37-51
• 3.3.1 机床位姿一的静力分析37-42
• 3.3.2 机床位姿二的静力分析42-47
• 3.3.3 机床位姿三的静力分析47-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 并联机床的静刚度分析52-67
• 4.1 机床静刚度的理论基础52-53
• 4.2 并联机床静刚度仿真53-65
• 4.2.1 机床位姿一的静刚度分析53-57
• 4.2.2 机床位姿二的静刚度分析57-61
• 4.2.3 机床位姿三的静刚度分析61-65
• 4.3 并联机床结构的优化65-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 并联机床的模态分析67-78
• 5.1 前言67
• 5.2 有限元中模态分析的有关理论67-69
• 5.2.1 模态分析的基本理论67-68
• 5.2.2 模态提取方法68-69
• 5.3 并联机床的模态分析及结果69-77
• 5.3.1 载荷处理及边界约束条件70
• 5.3.2 模态计算结果70-77
• 5.4 本章小结77-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士学位期间发表论文情况84

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