动力刀架动力学特性分析与优化研究

发布时间：2017-07-14 15:13

  本文关键词：动力刀架动力学特性分析与优化研究

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【摘要】：动力刀架是高档数控机床的核心功能部件,其技术含量高,加工难度大,长期以来一直被国外企业所垄断。高速、平稳和可靠运行是制约国内动力刀架发展的关键技术难题。本文旨在通过动力学特性分析与结构优化研究,改善动力刀架的动力学特性,提高动力传动系统的抗振能力,减小载荷冲击,为设计动力刀架提供相关数据和理论依据。论文的主要内容如下：(1)建立了动力刀架模态分析有限元模型,分析其模态特性,从而找到刀架的刚度薄弱环节,并提出改进措施。(2)在考虑高速齿轮传动特性的前提下,校核了齿轮的齿面接触疲劳强度和弯曲强度。建立了齿轮的三维有限元模型,对模型进行瞬态动力学仿真,分析了应力分布规律。探讨了模数、压力角、摩擦系数、齿宽比等参数对齿轮传动特性的影响。(3)计算了齿轮和轴承的刚度,并基于均值刚度对系统的固有特性进行了研究,提出了改善动力传动系统固有特性的方法。(4)建立了动力刀架刀具转动工况的刚柔耦合模型,考虑刀架的弹性和轴承刚度,分析了齿轮传动系统的动力学特性。建立了动力刀架转位工况的刚柔耦合模型,分析了空载、满载和偏载等情况下的力学特性,并给出了一种刀架合理使用的建议。(5)建立了刀盘的结构参数数学模型,通过轻量化设计,在保证一定刚度的前提下有效减小了刀盘质量。
【关键词】：动力刀架 动力学特性 减振降噪 结构优化
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景与意义9
• 1.2 动力刀架国内外研究现状9-10
• 1.3 齿轮系统动力学研究现状10-12
• 1.4 刚柔耦合动力学研究现状12
• 1.5 本文的主要研究内容12-14
• 第二章 动力刀架整机模态分析14-23
• 2.1 模态分析简介14-15
• 2.1.1 模态分析的定义14
• 2.1.2 模态分析在结构动态设计中的应用14-15
• 2.2 动力刀架结构概述15
• 2.3 动力刀架模型简化15-16
• 2.4 有限元网格划分16-18
• 2.5 动力刀架模态分析18-22
• 2.6 本章小结22-23
• 第三章 齿轮系统的优化设计23-46
• 3.1 齿轮强度校核23-26
• 3.1.1 齿面接触疲劳强度校核23-26
• 3.1.2 轮齿弯曲强度校核26
• 3.2 齿轮接触有限元分析26-34
• 3.2.1 渐开线圆柱直齿轮建模27
• 3.2.2 齿轮有限元建模27-30
• 3.2.3 计算结果综述30-34
• 3.3 齿轮参数化优化分析34-45
• 3.3.1 模数和压力角的影响34-42
• 3.3.2 摩擦力的影响42-43
• 3.3.3 齿宽比的影响43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 动力传动系统固有特性分析46-57
• 4.1 轴承刚度计算分析46-52
• 4.1.1 Hertz点接触理论46-50
• 4.1.2 球轴承刚度的Hertz点接触理论表述50
• 4.1.3 轴承刚度的数值计算50-51
• 4.1.4 啮合刚度的数值计算51-52
• 4.2 基于ADAMS的固有特性分析52-55
• 4.2.1 齿轮固有频率计算52-53
• 4.2.2 多体动力学建模53-55
• 4.3 固有特性优化分析55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 动力刀架刚柔耦合动力学分析57-78
• 5.1 刚柔耦合动力学简介57-58
• 5.2 柔性体建模58-59
• 5.3 刀具转动工况刚柔耦合建模与分析59-68
• 5.3.1 刀具转动工况建模59-62
• 5.3.2 刀具转动工况仿真62-68
• 5.4 刀盘转位工况刚柔耦合建模与分析68-72
• 5.4.1 空载工况分析69-70
• 5.4.2 满载工况分析70-71
• 5.4.3 偏载工况分析71-72
• 5.5 VDI刀盘结构参数优化设计72-77
• 5.5.1 VDI刀盘参数化建模73-75
• 5.5.2 刀盘优化结果验证75
• 5.5.3 刀盘安全校核75-77
• 5.6 本章小结77-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 总结78-79
• 6.2 展望79-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-83

【参考文献】

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本文编号：541574