基于有限元法螺旋锥齿轮铣齿机结构分析与优化设计

发布时间：2017-09-01 13:28

  本文关键词：基于有限元法螺旋锥齿轮铣齿机结构分析与优化设计

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【摘要】：螺旋锥齿轮铣齿机作为一种广泛应用的专用加工机床，要求其机床本体具有良好的动静态特性以保障加工精度和效率。对螺旋锥齿轮的精度和加工效率的提高，要求设计中充分利用现有的设计和测试手段来提高其动静态特性，以满足螺旋锥齿轮铣齿机进行高精度、高效率加工的要求。本文以某型螺旋锥齿轮铣齿机为例，来分析如何利用以有限元方法为基础的CAE手段和以实验为基础的振动测试手段来进行数控螺旋锥齿轮铣齿机动静态特性分析和优化。本文的主要工作内容有： （1）基于CAD软件Solidworks和有限元分析软件ANSYS，建立该型螺旋锥齿轮铣齿机的CAE分析模型；以此模型为基础，对其进行静力和模态分析。根据模态分析所获得各阶振型,从整体上分析主要零部件的改进方向；根据有限元分析所得数据确定筋板布局及筋板厚度改变对于零件固有频率的影响的灵敏度；分析筋板厚度的与零件的静刚度之间的灵敏度关系。 （2）基于CAD软件Solidworks和有限分析软件ANSYS，，建立机床的整机分析的有限元模型，并进行了静力分析和模态分析。获得了机床在各方向的变形量及前六阶振型，确定螺旋锥齿轮铣齿机的薄弱环节；分析整机中床身、立柱的筋板厚度对于机床整机动静态特性的影响的灵敏度。 （3）利用振动测试手段，可以获得螺旋锥齿轮铣齿机整机的实验模态；该实验模态包含了结合面的影响比有限元分析方法所获得的结果更加准确。将实验结果与有限元分析结果的对比，可验证有限元分析结果的准确性和可靠性；在此之后，可以以现有有限元模型的边界条件基础，对螺旋锥齿轮铣齿机进行优化设计。 本文所针对的对象为专用加工机床螺旋锥齿轮铣齿机，但主机的动静态特性的优化设计是设计中的普遍问题，因此，文中所获得结论及分析方法也适用于其它类型数控机床的设计。
【关键词】：螺旋锥齿轮铣齿机 动静态特性 静力分析 模态测试
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG611
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 机床动静态特性优化设计8-13
• 1.1.1 有限元分析方法发展现状及其在机床设计中的应用8-10
• 1.1.2 实验模态分析理论及其在机床行业的应用10-11
• 1.1.3 结构优化设计理论11
• 1.1.4 国内外机床设计研究现状11-13
• 1.2 螺旋锥齿轮铣齿机机床特点及其发展概况13-15
• 1.3 课题研究意义及内容15-17
• 1.3.1 课题研究的意义15
• 1.3.2 课题研究内容15-17
• 第2章 机床动静态分析有限元理论及实验模态分析理论17-29
• 2.1 螺旋锥齿轮铣齿机整机结构简介18
• 2.2 主机动静态特性分析18-24
• 2.2.1 机床动力学性能要求19
• 2.2.2 静力学分析19
• 2.2.3 模态分析19-22
• 2.2.4 ANSYS 模态分析的主要内容及优化设计的一般步骤22-24
• 2.3 模态测试技术24-27
• 2.3.1 模态测试系统25
• 2.3.2 支撑方式的选择25-26
• 2.3.3 实验模态参数识别的方法26-27
• 2.4 高精密的生产加工机床优化过程中的基本原则27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 螺旋锥齿轮铣齿机各部件有限元分析与结构优化29-45
• 3.1 床身结构的有限元分析与优化29-37
• 3.1.1 原床身结构相应的动静态有限元分析31-33
• 3.1.2 外壁厚度对床身静动态特性的影响33
• 3.1.3 筋板厚度对床身静动态性能的影响33-35
• 3.1.4 不同筋板布局对床身结构模态影响及最优方案选择35-37
• 3.2 立柱结构的有限元分析与优化37-44
• 3.2.1 原立柱结构静动态分析37-38
• 3.2.2 板厚的变化对于立柱的动静态性能的影响情况38-41
• 3.2.3 立柱结构的改进41-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第4章 螺旋锥齿轮铣齿机整机有限元分析及模态试验45-60
• 4.1 对机床整机模型的有限元分析45-53
• 4.2 机床实验模态分析53-56
• 4.2.1 实验方案54-56
• 4.2.2 实验模态的测试系统框图56
• 4.3 实验模态分析结果56-59
• 4.4 有限元模态分析与实验模态分析结果对比59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 总结和展望60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64-65
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文65

【参考文献】

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本文编号：772347