基于拓扑优化的球形蜗杆砂轮磨齿机工作台设计

发布时间：2017-09-24 21:39

  本文关键词：基于拓扑优化的球形蜗杆砂轮磨齿机工作台设计

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【摘要】：对于大型硬齿面内齿圈的高精度磨削,在国内一直是一个难点,随着目前对高精度大型硬齿面内齿圈需求的增加,针对这一情况,在理论上已经完成了用于磨削大型硬齿面内齿圈的球形蜗杆砂轮磨齿机的设计。本文在整机理论研究的基础上,对磨齿机的回转工作台进行以提高结构刚度为目标的优化设计研究,基于拓扑优化并结合结构仿生,利用了一个新的思路来得到工作台更为合理的结构形态。本文主要完成一下的内容:介绍了对于磨削大型硬齿面内齿圈国内外的研究现状,并且综述了有限元分析、拓扑优化、结构仿生这三种方法在机床结构优化设计中的发展现状,并说明了本文的主要研究内容。参考球形蜗杆砂轮磨齿机整体的设计,对工作台的研究,设计了不同的方案并选择较优的方案。对工作台的个组成部分进行结构设计,选择工作台的定心方式、支撑方式、驱动方式。运用有限元分析软件对设计的工作台进行静力学分析和模态分析。利用密度法对工作台进行拓扑优化设计,分别以应变能最小和体积比最小作为目标。根据拓扑优化的结果,得到工作台台面的支撑结构合理的结构形式。根据结构仿生的方法,确定仿生原型,提取仿生原型中可利用的结构形态。以拓扑优化得到的结构形态为基础,结合仿生原型中的结构形态。对拓扑优化后的工作台进行建模,并对其进行静力学分析和模态分析,将结果与拓扑优化前工作台的有限元分析结果进行比较,验证优化效果。
【关键词】：回转工作台 拓扑优化 结构仿生 有限元分析
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG616
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景及意义10-12
• 1.2 机床结构优化国内外发展现状12-14
• 1.2.1 有限元法在机床结构优化方面发展现状12
• 1.2.2 结构仿生在机床机构优化方面发展现状12-13
• 1.2.3 拓扑优化在机床结构优化方面发展现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容14
• 1.4 本章小结14-15
• 第2章 工作台设计及分析15-35
• 2.1 球形蜗杆砂轮磨齿机概述15-16
• 2.2 工作台方案设计16-18
• 2.2.1 方案一设计16-17
• 2.2.2 方案二设计17-18
• 2.3 工作台部件结构设计18-23
• 2.3.1 设计要求18-19
• 2.3.2 工作台台面定心方式19-20
• 2.3.3 工作台组成构件的机械结构设计20-23
• 2.4 导轨的选择23-24
• 2.5 静压轴承选择计算24-26
• 2.5.1 静压轴承尺寸参数24-25
• 2.5.2 轴承校核25-26
• 2.6 工作台驱动装置26-28
• 2.7 工作台有限元分析28-34
• 2.7.1 工作台所受载荷情况简析28-29
• 2.7.2 工作台静力学和模态分析29-34
• 2.8 本章小结34-35
• 第3章 回转工作台的拓扑优化设计35-49
• 3.1 拓扑优化35-40
• 3.1.1 拓扑优化方法35-36
• 3.1.2 拓扑优化数学模型的建立36-39
• 3.1.3 拓扑优化流程39-40
• 3.2 回转工作台拓扑优化设计40-48
• 3.2.1 拓扑优化模型前处理40-43
• 3.2.2 拓扑优化43-48
• 3.3 本章小结48-49
• 第4章 工作台新结构的设计和分析49-62
• 4.1 结构仿生设计方法49-53
• 4.1.1 结构仿生简介49
• 4.1.2 结构仿生设计流程49-50
• 4.1.3 结构仿生相似理论50-53
• 4.2 仿生优化建模53-54
• 4.2.1 仿生需求分析53
• 4.2.2 相似度计算及仿生原型确定53-54
• 4.3 工作台新结构的设计54-58
• 4.4 工作台静力学分析58
• 4.5 工作台模态分析58-61
• 4.6 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-66
• 致谢66

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本文编号：913619