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三轴立式数控镗床主轴部件静动态性能研究

作　者: 刘云山
导　师: 刘平
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 三维建模动态设计有限元分析传递矩阵模态分析主轴
分类号: TG537
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 84次
引　用: 1次
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内容摘要

装备制造业是衡量一个国家经济实力的重要标准,而机床是机械之母。当今世界机床向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展,为了赶上发达国家机床的设计水平,应采用先进的设计手段—动态设计方法。要进行动态设计,前提是对机床的动态性能作出正确的分析。主轴部件是数控机床的重要组成部分,其性能的好坏对机床的性能有着重要的影响。洛阳机床厂与东北大学合作,进行了三轴立式数控镗床的静动态性能分析和研究。本文主要是对该机床的整机进行了三维实体建模,并对机床主轴部件的静动性能进行了研究,为进一步进行动态设计奠定基础。本文采用Inventor软件对整机三维实体建模,采用有限元方法,基于商用软件ANSYS对主轴部件进行了动静态性能的分析,采用数学软件MATLAB进行了主轴部件的固有频率和振型的计算。具体工作如下:(1)总结了机床动力学、动态设计方法研究的发展状况和发展趋势,本文决定以有限元方法和数学建模的方法开展研究。(2)运用三维建模软件Inventor,建立了三轴立式数控镗床的机床部件和整机的三维实体模型。(3)论述了有限元静动态分析和动力学的基本求解过程,建立了主轴部件的有限元模型,合理的确定了载荷、轴承支承刚度和约束条件,进行了静力分析、模态分析和谐响应分析。(4)用普通传递矩阵建模,对主轴部件进行了分析,得到了主轴部件的固有频率和振型,并将其结果同有限元结果做了对比。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 课题研究的背景及意义  11-13
  1.2 机床动力分析和动态设计感念  13-18
    1.2.1 机床动力分析的基本概念  13-14
    1.2.2 机床动态设计概念  14-17
    1.2.3 动力学模型在分析和设计中的作用  17-18
  1.3 主轴性能研究概况  18-19
  1.4 本课题的研究内容  19-21
第2章机床三维建模  21-35
  2.1 机床三维建模  21-34
    2.1.1 虚拟加工环境建模  21-22
    2.1.2 按照CAD图纸进行三维建模的方法  22-23
    2.1.3 Inventor简介  23-24
    2.1.4 机床Inventor中的三维建模装配  24-34
  2.2 本章小结  34-35
第3章滚动轴承刚度分析  35-46
  3.1 滚动轴承的刚度特性  35-37
    3.1.1 轴承刚度简介  35-36
    3.1.2 力学模型的建立  36-37
  3.2 轴承刚度分析  37-46
    3.2.1 轴承刚度的理论计算  37-39
    3.2.2 轴承的预紧量  39-40
    3.2.3 主轴轴承静刚度的计算  40-41
    3.2.4 轴承的动刚度  41-46
第4章主轴部件的有限元分析  46-63
  4.1 有限元方法的基本原理及ANSYS软件应用  46-48
    4.1.1 有限元方法的基本原理  46-47
    4.1.2 ANSYS软件应用  47-48
  4.2 主轴部件有限元分析模型  48-54
    4.2.1 构建几何模型  48-49
    4.2.2 有限元模型建立  49-50
    4.2.3 单元类型选择和网格划分  50-51
    4.2.4 主轴部件前端外部载荷的计算  51-53
    4.2.5 主轴部件的静刚度  53-54
  4.3 主轴部件动态特性有限元分析  54-62
    4.3.1 ANSYS动力分析  54
    4.3.2 模态分析  54-61
    4.3.3 谐响应分析  61-62
  4.4 本章小结  62-63
第5章主轴部件传递矩阵建模分析  63-77
  5.1 传递矩阵  63-73
    5.1.1 传递矩阵法原则  63-64
    5.1.2 常用元件的传递矩阵  64-69
    5.1.3 传递矩阵的动力分析  69-73
  5.2 主轴部件的传递矩阵计算  73-76
  5.3 本章小结  76-77
第6章总结与展望  77-78
  6.1 本文主要结论和成果  77
  6.2 有待进一步研究的工作  77-78
参考文献  78-82
致谢  82

三轴立式数控镗床主轴部件静动态性能研究

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