关节轴承试验机机身的有限元分析与优化设计
本文关键词：关节轴承试验机机身的有限元分析与优化设计
更多相关文章： 关节轴承寿命试验机 有限元分析 结构优化 模态分析 振动分析
【摘要】：关节轴承具有自调心、承载力高、寿命长等优点,普遍运用于工程机械、航天航空等领域。关节轴承试验机可进行寿命、可靠性、摩擦磨损机理的研究。关节轴承试验机的机身作为承受全部加载力的部分,机身的性能对于试验机的工作有很大的影响。本文运用现代设计与仿真分析方法对机身进行有限元分析,对其动态性能和失荷振动进行模拟研究,最后进行结构优化设计,对于保证轴承寿命试验机完成各项功能具有重要意义。首先,对试验机机身进行了受力分析,角刚度计算以及强度的校核。从机身振动和变形的角度出发说明了试验机机身分析的必要性。其次,对试验机机身进行有限元分析,得到机身在满载下各部位变形和应力分布状况,同时计算出原机身的角变形。结果表明试验机机身处于安全状态,但结构冗余比较大,分析结果为结构优化提供参考依据。再次,以研究关节轴承寿命试验机的动态性能为目标,一方面对试验机机身进行了模态分析,获得了固有振动频率和相应的振型,分析了每种振型对试验机工作的影响;另一方面对试验机由于实验夹具突然断裂而引起的失荷造成试验机的振动进行了分析,得到了能够减轻机器振动的两个主要因素;最后基于试验机动态分析结果给出减振隔振的措施和内置油箱设计。最后,以试验机机身质量为目标进行优化,对试验机的机身进行参数化建模并进行优化设计。用以机身质量为目标的尺寸优化以及形状优化两种优化方法寻求机身的理想结构,并对两种优化方法得到的结果进行分析。与原方案对比,机身的质量都有明显的减少,但其变形量和应力状态与原机身没有很大差别并且都在安全范围之内,最后得到试验机机身合理的结构形式。
【关键词】：关节轴承寿命试验机 有限元分析 结构优化 模态分析 振动分析
【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】：TH87
【目录】：
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-10
- 第1章 绪论10-17
- 1.1 课题研究背景10-12
- 1.1.1 关节轴承的概述10-11
- 1.1.2 关节轴承试验机11-12
- 1.2 国内外研究现状及发展方向12-15
- 1.2.1 国内外研究现状12-14
- 1.2.2 发展方向14-15
- 1.3 本课题研究的目的和意义15
- 1.4 本论文主要研究内容15-17
- 第2章 试验机机身的力学分析17-26
- 2.1 试验机组成及工作原理17-18
- 2.1.1 试验机的组成及机身的受力环境17-18
- 2.1.2 试验机的工作原理18
- 2.2 试验机机身的分析18-24
- 2.2.1 C型机身的特点19
- 2.2.2 试验机机身力学计算与分析19-24
- 2.3 试验机机身力学性能对使用性能的影响24
- 2.3.1 机身振动对试验机使用性能的影响24
- 2.3.2 机身变形对使用性能的影响24
- 2.4 本章小结24-26
- 第3章 试验机机身静态有限元分析26-38
- 3.1 有限元分析的理论基础26-28
- 3.1.1 有限元法的基本思想26-27
- 3.1.2 有限元法的分析步骤27-28
- 3.1.3 有限元分析软件ANSYS Workbench简介28
- 3.2 有限元模型的建立28-31
- 3.2.1 试验机机身实体模型的建立29-30
- 3.2.2 材料及单元类型的选择30
- 3.2.3 网格划分30-31
- 3.2.4 工作载荷及约束的施加31
- 3.3 试验机机身静态有限元结果分析31-36
- 3.3.1 变形场分析31-33
- 3.3.2 应力场分析33-34
- 3.3.3 角变形及角刚度的计算34-36
- 3.4 基于试验机机身静态有限元分析结果的机身改进设计36-37
- 3.5 本章小结37-38
- 第4章 机身结构动态性能分析38-56
- 4.1 试验机机身部分的模态分析38-42
- 4.1.1 模态分析的理论基础38-39
- 4.1.2 ANSYS模态分析基本步骤39-40
- 4.1.3 试验机机身模态分析结果40-42
- 4.2 试验机失荷振动分析与仿真计算42-51
- 4.2.1 虚拟样机技术42-44
- 4.2.2 试验机失荷的振动过程及致振机理研究44-45
- 4.2.3 试验机突然失荷时力学模型建立45-46
- 4.2.4 ADAMS振动仿真过程46-49
- 4.2.5 仿真结果分析49-51
- 4.3 试验机减振研究仿真51-54
- 4.4 基于试验机动态特性分析结果的试验机改进设计54-55
- 4.4.1 试验机的减振措施54
- 4.4.2 内置油箱设计54-55
- 4.5 本章小结55-56
- 第5章 试验机机身结构优化设计56-71
- 5.1 结构优化设计方法56-57
- 5.2 试验机机身以机身质量为目标的尺寸优化57-64
- 5.2.1 优化前设置57-59
- 5.2.2 优化结果分析59-64
- 5.3 机身形状优化64-69
- 5.3.1 形状优化简介65
- 5.3.2 试验机机身的形状优化设计65-69
- 5.4 优化结果对比及试验机机身的综合优化69-70
- 5.5 本章小结70-71
- 结论71-72
- 参考文献72-76
- 致谢76
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本文编号：770377
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