基于有限元的机床床身部件结构特性分析与优化设计

发布时间：2017-09-22 08:30

  本文关键词：基于有限元的机床床身部件结构特性分析与优化设计

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【摘要】：在一个数控机床产品中,最为关键的基础零件就是机床的床身。机床的床身上装配着其它所有的零部件,承受着较大的载荷。因而,机床床身应该具有足够的强度、刚度和良好的动态性能。床身的动静态性能指标的高低会对整机的性能指标产生重要的影响。同时也影响着加工产品的质量,因此设计者应该着重对床身进行动静态设计。本文对GT650专用数控机床床身进行动静态特性分析,并进行结构改进优化,具体内容如下:根据设计图纸,将GT650机床的床身在SOLIDWORKS软件中进行建模,然后导入到软件ANSYS中,利用软件中的静力分析模块,获得床身静力作用下的最大位移变形量与应力分布情况,为床身的结构优化奠定基础。其次,通过对床身进行模态分析,提取前六阶的固有频率与主振型,找到了床身的薄弱环节。利用元结构优化的思想,分析得出动态特性较好的元结构,并对其各个参数进行分析得到了较合理的参数范围。以不提高机床床身的重量为前提,提高床身的固有频率为优化目标,将优化后的元结构应用到床身的筋板布局中,提高了床身低阶的固有频率。在此基础之上,依据床身的整体特性,将床身中部开一个方孔,并在床身底部增加地脚螺栓约束,再次改进了床身的结构,提高了床身的固有频率与动态性能。
【关键词】：有限元分析 元结构 模态分析 固有频率
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题的背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 存在问题及研究发展趋势11-12
• 1.4 论文主要研究内容12-13
• 1.5 本章小结13-14
• 第2章 有限元分析理论基础14-24
• 2.1 有限元的发展与应用14-15
• 2.2 有限元法的实现过程15-16
• 2.3 有限元软件简介16-19
• 2.3.1 ANSYS发展过程16-17
• 2.3.2 ANSYS软件的功能及特点17
• 2.3.3 ANSYS软件分析过程17-19
• 2.4 静力分析理论基础19-21
• 2.4.1 预处理阶段19-21
• 2.4.2 求解阶段21
• 2.4.3 后处理阶段21
• 2.5 模态分析理论基础21-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 机床床身建模与动静态特性分析24-34
• 3.1 机床床身模型建立24-26
• 3.1.1 床身几何模型建模24
• 3.1.2 有限元建模的基本问题24-25
• 3.1.3 有限元单元选取网格生成25-26
• 3.2 床身静力学分析26-28
• 3.2.1 床身的受力分析27
• 3.2.2 施加边界条件与载荷约束27
• 3.2.3 结果分析27-28
• 3.3 床身动态特性分析28-33
• 3.3.1 模态分析计算步骤28-29
• 3.3.2 模态分析结果29-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 床身结构改进设计34-51
• 4.1 床身优化设计方法34-36
• 4.2 基于元结构对筋板布局的研究36-46
• 4.2.1 元结构介绍与形状选择36-37
• 4.2.2 元结构参数分析研究37-45
• 4.2.3 验证元结构布局筋板的合理性45-46
• 4.3 基于元结构的床身改进设计46-47
• 4.4 基于床身整体特性的改进设计47-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 结论51-52
• 参考文献52-55
• 在学研究成果55-56
• 致谢56

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本文编号：899796