动梁龙门机床方滑枕动静态特性分析及优化设计

发布时间：2017-09-09 00:35

  本文关键词：动梁龙门机床方滑枕动静态特性分析及优化设计

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【摘要】：作为工作母机,机床是现在机械制造业的关键设备。随着制造业的高速发展,机床在装备制造、交通运输、石油化工、航空航天及国防军工等方面均得到了广泛的应用,对其性能、品质、数量的要求也越来越高,机床行业的发展状况已经成为衡量国家工业化水平和综合国力的重要标志。我国是机床消费与生产大国,但不是机床制造强国,机床的设计普遍停留在经验和类比的传统设计阶段,设计趋于保守,且设计片面注重静态特性,对于动态特性不够重视,设计水平较低,难以达到机床设计制造发展高速、高效、高精度与高柔性化的要求。本文在总结国内外机床动静态分析与结构优化设计、振动测试的研究现状的基础上,以GMB系列动梁龙门镗铣加工中心的主要零部件之一的方滑枕结构为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对其进行了有限元模态分析、静态特性分析与优化设计,并利用动态信号采集分析系统对其进行了实验模态分析与工作状态下的振动分析,具体研究工作内容如下：首先,利用动态信号采集分析系统对方滑枕结构进行了实验模态分析,确定了其前六阶模态频率与振型,并与有限元模态分析结果对比研究,优化并确定了有限元分析中边界条件的施加方法,完善了方滑枕的有限元模型。其次,借助于有限元分析软件ANSYS Workbench对方滑枕结构进行静态特性分析,得出其整体变形量与第一主应力最大的位置与大小；对方滑枕的关键尺寸进行灵敏度分析,选出符合性能指标的尺寸作为优化参数变量,以方滑枕质量、最大整体变形量、最大第一主应力、一阶固有频率为优化目标,对方滑枕结构进行变尺寸优化设计；对优化后的方滑枕结构再次进行静态特性分析,找出变形量最大的位置,进行方滑枕的局部形状优化,最终,实现方滑枕质量减少,动静态性能均有所改善的目标。最后,对方滑枕结构进行了空运转与铣削加工工况下的振动测试。通过对测试结果的分析,分别找出了空运转与铣削加工工况下方滑枕结构振动的主要振源,并提出了相应的减振措施；同时,通过对各测试点的振动位移量的对比分析,找出了方滑枕结构刚度较弱的环节,并提出了改进意见,为该结构的后续优化设计提供了参考与依据。
【关键词】：模态分析 静态特性 优化设计 振动分析 有限元
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 研究目的及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状综述14-20
• 1.2.1 动静态特性分析及优化设计14-18
• 1.2.2 振动特性分析18
• 1.2.3 有限元法在结构分析与优化中的应用18-20
• 1.3 课题来源及主要研究内容20-23
• 1.3.1 课题来源20
• 1.3.2 本课题主要研究内容20-23
• 第二章 方滑枕固有特性分析23-41
• 2.1 多自由度系统自由振动基本原理23-24
• 2.2 实验模态分析24-32
• 2.2.1 GMB系列动梁龙门镗铣加工中心简介24
• 2.2.2 测试原理及装置24-27
• 2.2.3 测点布置及试验参数设置27-30
• 2.2.4 结果分析30-32
• 2.3 有限元模态分析32-39
• 2.3.1 方滑枕的有限元建模33-35
• 2.3.2 有限元模态分析步骤35-39
• 2.4 结果对比39-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 静态特性分析及优化设计41-55
• 3.1 静态特性有限元分析41-44
• 3.1.1 方滑枕的有限元建模41
• 3.1.2 静态特性有限元分析步骤41-44
• 3.2 尺寸优化设计44-50
• 3.2.1 优化尺寸的选择44-46
• 3.2.2 尺寸的灵度分析46-49
• 3.2.3 尺寸优化设计49
• 3.2.4 尺寸优化设计结果验证49-50
• 3.3 局部形状优化设计50-53
• 3.3.1 方滑枕新模型的静态特性分析50-51
• 3.3.2 方滑枕结构局部形状优化设计51-53
• 3.4 结果分析53
• 3.5 本章小结53-55
• 第四章 方滑枕振动特性分析55-69
• 4.1 多自由度系统的受迫振动基本原理55
• 4.2 空运转条件下的振动特性测试55-60
• 4.2.1 实验方法56-58
• 4.2.2 实验结果分析58-60
• 4.3 切削条件下的振动特性测试60-67
• 4.3.1 实验方法61-62
• 4.3.2 实验结果分析62-67
• 4.4 薄弱环节分析及改进建议67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第五章 总结与展望69-71
• 5.1 工作总结69-70
• 5.2 研究展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与课题77-79
• 附件79

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本文编号：817249