YKQ31300数控滚齿机立柱的静动态特性分析及优化设计

发布时间：2017-09-24 01:24

  本文关键词：YKQ31300数控滚齿机立柱的静动态特性分析及优化设计

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【摘要】：针对高速度、高精度、高效率发展的现代机械制造行业,机床产品的技术改造和技术攻关尤为重要。CAE技术已成为研发中不可缺少的一环,可以在设计阶段判断其动静态特性,从而提高机床精度和效率,缩短研发周期,节约成本避免不必要的浪费。在国内YK系列高速重型数控滚齿机是最近几年发展起来的高性能齿轮加工机床,其立柱是机床的关键部件,立柱的刚度和振动性直接影响机床的精度。本课题以YKQ31300重型数控滚齿机立柱为研究对象,以立柱的静动态特性分析为研究手段,建立数学模型对立柱进行优化设计。本文首先抓住结构的主要特征简化模型,运用Solidworks对滚齿机立柱进行建模和零件装配。然后导入ANSYS workbench软件中,添加各零件属性并划分网格得到有限元模型。对重型数控机床立柱进行了静力学分析,计算X、Y、Z方向的静刚度和强度,得到了应力和应变的分布规律,研究得出滚齿机立柱结构的整体刚度和强度符合加工精度要求,远远低于屈服极限,需要通过优化尺寸去除材料以减轻立柱质量。对重型数控机床立柱进行动力学特性分析,运用立柱模态分析,得到立柱的前三阶模态的固有频率值相近,振型分别是围绕着Z轴做左右摆动、前后摆动以及左右前后的复合扭转振动。后三阶模态的固有频率值接近,振型分别是围绕着Z轴做四面收缩、后面压缩以及侧面呼吸振动。运用谐响应仿真分析,立柱得到前六阶固有频率均远大于滚齿机滚刀主轴工作转速与最高设计转速两种转速对应的激振频率,立柱的动刚度满足切削要求。最后轻量优化设计。结合国内外对立柱的筋板结构选型研究,确定使用十字筋板结构。在确定结构后,采用实验设计法对结构尺寸进行优化设计,并结合到铸造工艺,进一步确定最后的优化设计尺寸。最终外壁厚度选为30mm,筋板厚度选为18mm,前面筋板高度选为273mm,侧面筋板高度选为109mm,后面筋板高度改为104mm。,并验证了在不影响其动静态特性下降低了立柱质量,优化后立柱的质量由18859kg降低到18660kg,减少了199kg,降低了1.05%重量。
【关键词】：立柱 有限元分析 实验设计法 优化设计
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG612
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-17
• 1.1 课题来源11
• 1.2 课题背景11-13
• 1.3 国内外研究现状13-14
• 1.3.1 国内研究现状13-14
• 1.3.2 国外研究现状14
• 1.4 课题的理论意义和实际应用价值14-15
• 1.5 研究方法和研究内容15-16
• 1.5.1 研究方法15-16
• 1.5.2 研究内容16
• 1.6 本章小结16-17
• 第2章 机械学的理论基础和仿真软件17-23
• 2.1 机械结构的理论基础17-19
• 2.2 仿真软件19-22
• 2.2.1 ANSYS Workbench软件19-21
• 2.2.2 ANSYS Workbench软件分析21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 立柱的三维建模和装配体的有限元建模23-27
• 3.1 立柱结构的三维建模23-24
• 3.1.1 实体建模软件23-24
• 3.1.2 立柱实体模型的建立和简化24
• 3.2 立柱装配体的有限元建模24-26
• 3.2.1 导入实体模型24-25
• 3.2.2 添加材料特性25
• 3.2.3 划分网格25-26
• 3.3 本章小结26-27
• 第4章 立柱的有限元静力分析27-32
• 4.1 线性静力分析27
• 4.2 计算载荷与施加约束条件27-30
• 4.3 求解计算与分析30-31
• 4.3.1 变形分析30-31
• 4.3.2 应力分析31
• 4.4 本章小结31-32
• 第5章 立柱结构动力学特性分析32-41
• 5.1 立柱在自由状态下的模态分析33-37
• 5.1.1 模态分析的概念33
• 5.1.2 模态分析的解析方法33-35
• 5.1.3 模态分析步骤35
• 5.1.4 模态分析的计算结果和结果分析35-37
• 5.2 立柱的谐响应分析37-40
• 5.3 本章小结40-41
• 第6章 YKQ31300重型数控滚齿机立柱优化设计41-53
• 6.1 立柱内部筋板选型41-42
• 6.2 立柱尺寸优化42-51
• 6.2.1 选取设计变量和参数化模型的建立42-43
• 6.2.2 外形尺寸设计变量的灵敏度分析43-46
• 6.2.3 基于中心组合设计法的轻量化46-51
• 6.3 立柱结构的改进与检验51-52
• 6.4 本章小结52-53
• 第7章 总结与展望53-55
• 7.1 总结53-54
• 7.2 展望54-55
• 参考文献55-57
• 致谢57-58
• 附录58

【参考文献】

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本文编号：908570