文档介绍：兰州理工大学
硕士学位论文
XK5025数控铣床主传动系统动态设计
姓名:刘立美
申请学位级别:硕士
专业:机械制造及其自动化
指导教师:李丙才
20050601
摘/要关键词本课题是以青海第一机床厂的数控铣床的主传动系统为研究对象,讨论机械结构动态优化设计在传动系统中的应用。首先对传动系统的主轴组件建立有限元实体模型,利用砑灾髦嶙件模型进行模态分析,求出其固有频率和振型,再运用模态柔度和能量分布原理对主轴组件的刚度矩阵和质量矩阵进行动态优化。其次,对主传动系统,通过确定惯性元件和弹性元件,建立传动系统传递矩阵模型。再利用镅员喑糖蠼饽型的固有频率和振型,在此基础上,计算传动系统的模态柔度、惯性能分布率和态优化目标,提出修改传动系统子结构的刚度和质量。另外,对于弹性能分布率弹性能分布率,最后,以模态柔度要小,惯性能分布率和弹性能分布率均匀为动高的子结构,增大其阻尼。从而使铣床的传动系统具有良好的动态性能。数控铣床;传动系统;模态分析;有限元模型;传递矩阵法;治模态柔度;能量分布率;动态优化设计兰州婵司蓖裂宦畚摘要
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第一章绪论机械动态设计引言机床是制造业的主要生产设备,而数控机床是高精度、高效率的自动化生产设备。目前,国内、外数控机床正朝着高性能、高精度、高效率、高柔性、高自动化和模块化方向迅速发展。尽管我国数控机床的制造、设计、检测等技术得到了一定的发展,但与国外相比,差距还是很大,主要表现在:可靠性差、应变能力差、产品开发周期长、设计手段落后等,这种差距尤其表现在高精度、高速度等尖端机床方面。因此,我们必须紧跟国际机床技术发展的前沿,发展机床的设计、检测、制造等技术。数控机床的机械结构主要由传动系统、支承部件、分度台等部分组成。传动系统的作用是把运动和力由动力源传递给机床执行件,而且要保证传递过程中有良好的动态特性。传动系统在工作过程中,经常受到激振力和激振力矩的作用,使传动系统的轴组件产生弯曲和扭转振动,从而影响机床的工作性能。随着机床切削速度的提高和自动化方向的发展,传动系统的结构组成越来越简单,但对其机械结构性能的要求却越来越高,从而使传统的设计方法远远达不到要求,这样,各种设计理论的研究和动态设计分析技术可分为两类基本问题:一是动态分析,即在己知系统模型、外部激励载荷和系统工作条件的基础上分析研究系统的动态特性;二是以动态性能满足预定要求为目标,建立系统模型,这是动态修改、优化、再设计的过程。由于可将动态设计问题转化为动态分析来处理,故统称为动态设计。结构动态设计是一项正在发展的技术,是在结构动力学研究的基础上发展起来的。上世纪年代,随着结构动力学、动态试验与分析、高速大容量计算机技术用于解决工程问题以及控制理论的引入,机械动力学得到了极大地发展。尤其是控制理论的引入,使机械系统的动态试验和参数识别获得了巨大成功。年代末,有限单元法开始逐步应用于工程实践,并很快成为分析、解决工程问题的强有力工具。用有限元法建立的机械系统动力学分析的数学模型已成为理论建模中的主要方法。而以状态空间描述为基础、以最优控制为核心的现代控制理论的发展,解决了古典控制理论中不能描述系统内部状态运动的问题,并且适用于多输入多输出的时变、非线性、随即、采样等各种系统。最优控制理论是最优化的范畴。最优化与最优控制有着相近的使用就得到了迅猛的发展。性质和共同的理论基础。兰州理工人学硕士学位论文第一章绪论
.到峁苟杓频哪谌兰型些查兰堡主兰竺笙苎釜二:楸机械结构动态设计就是在产品设计阶段,对满足工作性能要求的产品的初步设计图纸,进行动力学建模,通过对模型的动力学分析,提出修改措施。另外,运用动态设计的方法,也可以对已有的产品进行建模,对产品结构提出改进,从而提高机械产结构动态设计的主要内容有:建立一个切合实际的动力学模型:选择有效的结构动态优化设计方法。.机械结构动力学模型机械结构的动力学模型有着极其重要的作用:在机床设计阶段,建立动力学模型,可以进行动态分析和设计;预估机床结构的动态特性;分析薄弱环节,寻求改进措施;建立动力学模型,主要遵循以下原则:所建立的模型,能比较真实地反映机床结构,包含足够的信息,能表征其基本特性,模型的精度能满足实际的需要;模型的结根据建模的原则,常采用以下的动力学模型:集中质量模型、分布质量模型、有限元模型和混合模型。兄柿磕P褪前鸦驳慕峁辜蚧<兄柿浚窗呀峁沟闹柿考性谌干点上,这些点由仅有弹性而无质量的等效梁来连接。植贾柿磕P褪前呀峁辜蚧H舾筛鲋柿烤确植嫉或阶梯形的海每段梁的截面尺寸、惯性矩等与结构的对应部分等效。对于弹性影响大的结构简化为邢拊DP褪窍衷谠擞米疃嗟慕7椒ǎ芙媳普娴胤从呈导实母丛咏构。这种模型,首先把结构划