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CK61125数控车床主轴箱的有限元分析

作　者: 杨猛
导　师: 杨建玺
学　校: 河南科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 主轴箱静力分析模态分析谐响应分析结构改造
分类号: TG519.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

CK61125数控车床在投入加工生产之前,为了验证其在实际生产中是否能满足强度和刚度的要求,是否具有良好的动态性能,是否能满足实际加工生产的加工精度要求,要对其进行一定的理论或实验分析。主轴箱作为数控车床的关键部件,其自身的机械性能对数控车床的加工精度和寿命有着重要的影响,因此本文基于ANSYS Workbench对CK61125数控车床主轴箱进行了系统的有限元分析。在充分考虑CK61125数控车床主轴箱的实际几何形状,边界条件和工况载荷等的基础上,对主轴箱进行了一定的简化。运用Pro/ENGINEER建立了数控车床主轴箱的实体模型,简化了有限元分析的计算。在划分主轴箱网格时,使用有限元素收敛法确定主轴箱的网格单元尺寸,大大增加了有限元分析结果的精确性。通过对主轴箱进行静力分析,得到了主轴箱的应力应变值,验证了所设计的主轴箱满足静态刚度和强度的要求。主轴箱体具有较高的抵抗破坏和变形的能力,箱体的刚性和强度较好,但是设计过于保守。通过对数控车床主轴箱进行有限元模态分析,得到了主轴箱的前12阶固有频率和振型,得知固有频率较高,可以避免与其它物体发生共振;并找到了主轴箱的薄弱环节,为主轴箱的合理设计提供了理论依据,为主轴箱后续的谐响应分析奠定了基础。通过对数控车床主轴箱进行谐响应分析,得到了主轴箱在激振力频率下的响应和振动频率响应曲线。综合以上分析,主轴箱满足自身的性能要求,并确定了主轴箱最主要的薄弱环节位于主轴箱中部的支撑筋板部位,在此部位进行结构改造,可以提高主轴箱的性能,进而提高数控车床的加工精度和寿命。为了提高主轴箱的性能,在主轴箱箱体中部的支撑筋板处合理设置加强筋,对主轴箱进行了结构改造。为了验证这种方案的可行性,对改造后的主轴箱再次进行了系统的有限元分析,并与改造前作出比较。通过比较得出,改造后的主轴箱静态刚度和强度得到了提高,在激振力作用下发生受激振动时的响应位移减小,改造后的主轴箱在结构上没有发生大的改变,但是其动态性能得到了提高,因此这种改造方案是经济的,是切实可行的。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
第1章绪论  8-16
  1.1 引言  8-9
  1.2 选题意义  9-11
  1.3 国内外研究现状  11-12
  1.4 有限元分析方法  12-14
    1.4.1 有限元法理论  12
    1.4.2 ANSYS Workbench 介绍  12-14
  1.5 课题研究内容  14-16
第2章 CK61125 数控车床主轴箱的静力分析  16-32
  2.1 静力分析理论  16-17
  2.2 主轴箱静力分析的关键  17-20
    2.2.1 模型的简化  18
    2.2.2 载荷约束的施加  18-20
  2.3 主轴箱静力分析过程  20-31
    2.3.1 主轴箱有限元实体模型的建立  20
    2.3.2 材料属性的设定  20-22
    2.3.3 接触选项的设置  22-23
    2.3.4 设定网格划分参数并进行网格划分  23-25
    2.3.5 选择分析类型  25
    2.3.6 施加载荷以及约束  25-27
    2.3.7 设定求解（结果）参数，并求解分析  27-31
  2.4 静力分析总结  31-32
第3章 CK61125 数控车床主轴箱的模态分析  32-42
  3.1 模态分析理论  32-35
  3.2 主轴箱模态分析的关键  35-36
  3.3 主轴箱模态分析过程  36-40
    3.3.1 施加约束  36
    3.3.2 设定求解参数及求解分析  36-40
  3.4 模态分析总结  40-42
第4章 CK61125 数控车床主轴箱的谐响应分析  42-50
  4.1 谐响应分析理论  42-44
  4.2 谐响应分析的关键  44-45
    4.2.1 谐响应分析的载荷描述方式  44
    4.2.2 谐响应分析载荷类型  44-45
  4.3 数控车床主轴箱谐响应分析过程  45-49
    4.3.1 施加载荷和约束  45
    4.3.2 设定求解参数并求解分析  45-49
  4.4 谐响应分析总结  49-50
第5章 CK61125 数控车床主轴箱结构改造  50-58
  5.1 结构优化改造理论  50-51
  5.2 结构改造分析与结果  51-56
    5.2.1 结构改造后主轴箱的静力分析  51-52
    5.2.2 结构改造后主轴箱的模态分析  52-54
    5.2.3 结构改造后主轴箱的谐响应分析  54-56
  5.3 主轴箱结构改造总结  56-58
第6章结论  58-60
  6.1 研究结论  58-59
  6.2 进一步研究的问题  59-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
攻读硕士学位期间的研究成果  64

CK61125数控车床主轴箱的有限元分析

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