CJK6132数控车床主轴箱有限元分析及优化设计

发布时间：2017-08-19 02:30

  本文关键词：CJK6132数控车床主轴箱有限元分析及优化设计

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【摘要】：有限元分析和结构优化设计是目前工程分析与设计的主要途径,其对解决产品研发的设计周期、产品的生产成本等方面发挥了重要作用。主轴箱作为数控车床的主要部件,其动静态特性对整个数控车床的使用寿命和性能影响很大。由于机床设计往往采用以往的经验方法,一般都选取比较大的安全系数,在一定程度上造成了材料的浪费。因此本文以CJK6132数控车床主轴箱箱体作为主要研究对象,在保证机床主轴箱箱体动静态特性的基础上以其质量最小为优化目的,运用目标驱动优化分析,对主轴箱箱体进行有限元分析及优化设计。1.对主轴箱运转时的工况载荷、边界条件以及箱体的几何形状方面进行分析,并通过ANSYS Workbench的Design Modeler模块对CJK6132数控车床主轴箱箱体进行三维实体建模,在保证主轴箱箱体的满足自身几何特征、力学性能以及物理特性等要求的情况下对主轴箱箱体进行适当的简化。2.对CJK6132数控车床主轴箱箱体进行有限元静力分析,得到了主轴箱箱体的强度和刚度,通过对CJK6132数控车床主轴箱箱体的有限元静力分析可以看出主轴箱箱体还具有一定的抵抗外载荷破坏和变形的能力,原设计有点保守。3.对CJK6132数控车床主轴箱箱体进行有限元模态分析,得到了主轴箱箱体的前六阶固有频率及其振型,通过与主轴箱工作时主轴的运转频率与齿轮的啮合频率进行对比,得到了主轴箱第一阶固有频率较高,主轴箱工作时不会发生共振现象。4.通过对CJK6132数控车床主轴箱箱体的动静态分析奠定了优化分析的基础,先通过对主轴箱箱体进行灵敏度分析,设定主轴箱箱体的六个壁厚为设计变量,主轴箱箱体质量、应力、应变以及箱体的一阶固有频率为输出参数,通过对得出的设计变量与输出参数的灵敏度关系,减少了箱体的设计变量,为后面的结构优化分析节省了大量工作。5.对CJK6132数控车床主轴箱箱体进行目标驱动优化分析,通过对主轴箱箱体选定设计变量,产生多组设计点,得到了设计变量与输出参数的响应关系,系统根据设计点拟合出了3组候选的优化设计点,对优化出来的设计变量进行圆整,并对主轴箱箱体的静动态特性进行验证。通过对CJK6132数控车床主轴箱箱体的有限元分析及优化设计,在满足主轴箱箱体性能的情况下减轻了主轴箱箱体的重量。
【关键词】：数控车床 主轴箱 有限元分析 优化设计
【学位授予单位】：广西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG519.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 研究背景9
• 1.2 国内外结构优化设计的研究现状9-11
• 1.3 有限元分析方法11-14
• 1.3.1 有限元法理论11-13
• 1.3.2 ANSYS Workbench的介绍13-14
• 1.4 论文研究意义14-15
• 1.5 研究内容15
• 1.6 本章小结15-16
• 第二章 CJK6132主轴箱的受力计算16-23
• 2.1 数控车床的简介16
• 2.2 CJK6132主要技术参数16-17
• 2.3 CJK6132运动参数的确定17-19
• 2.4 各传动轴上轴承的校核19-21
• 2.5 主轴箱箱体刚度的计算21-22
• 2.6 本章小结22-23
• 第三章 CJK6132数控车床主轴箱的静力分析23-33
• 3.1 静力分析基础23
• 3.2 箱体模型的建立和简化23-24
• 3.3 定义单元属性24-25
• 3.4 网格的划分25-26
• 3.5 施加边界条件和载荷26-28
• 3.5.1 主切削力的计算26-27
• 3.5.2 轴承载荷的分布27-28
• 3.6 求解计算与结果分析28-31
• 3.6.1 主轴箱刚度分析28-30
• 3.6.2 主轴箱强度分析30-31
• 3.7 本章小结31-33
• 第四章 CJK6132数控车床主轴箱的模态分析33-39
• 4.1 模态分析理论33-34
• 4.2 模态分析的基本步骤34-35
• 4.3 模态结果分析35-37
• 4.4 本章小结37-39
• 第五章 主轴箱的结构优化39-62
• 5.1 优化设计的基本概念39-41
• 5.2 结构优化设计概述41-43
• 5.3 灵敏度分析43-45
• 5.3.1 结构静态特性的灵敏度分析43
• 5.3.2 结构动态特性的灵敏度分析43-45
• 5.4 CJK6132主轴箱箱体的多目标优化设计45-61
• 5.4.1 优化参数的定义46-49
• 5.4.2 主轴箱箱体的灵敏度分析49-53
• 5.4.3 主轴箱设计变量与输出变量的响应关系53-59
• 5.4.4 优化结果与分析59-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第六章 结论与展望62-64
• 6.1 工作总结62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-66
• 发表论文和参加科研情况说明66-67
• 致谢67

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本文编号：698191