基于有限元分析的立式精密磨床立柱的结构优化设计论文.pdf

文档介绍：天津理工大学
硕士学位论文
基于有限元分析的立式精密磨床立柱的结构优化设计
姓名：童青
申请学位级别：硕士
专业：机械设计及理论
指导教师：郑清春
201201
摘要当前科技和现代化工业迅猛发展，使机床产品设计向着高速度、高效率、高精度和自动化的方向发展。同时产品在开发设计中的一项比较重要的指标是设计的结构要具有较好的动态性能。现代机床产品设计主要采用现代设计的方法ㄓ邢拊7治龇椒ê模态分析理论晌2飞杓频囊恢直厝磺魇啤本文采用有限元分析软件协同三维建模软件．立式精密磨床的立柱进行有限元静力及模态分析，通过计算得出的数据⒅母斩取⑽灰形变量、固有频率及相应的振型等页隽艘鹆⒅湫蔚墓丶Ｍü莘治黾熬验法，作出了三种相应的改进结构的优化方案。对三种改进方案进行有限元分析，通过数据计算比较，桨傅母斩茸钣徘夜逃衅率最高，因此选定桨咐醋鹘徊降挠呕Ｕ攵粤⒅鵆方案加强筋的三个主要参数，在中应用语言对其进行参数化建模，按着正交表所需的参数排列组合的要求，不断修改参数值，生成新的有限元结构模型，得出相对应的变形量，构建完整的正交表。根据正交试验表中的极差值的大小，找出最灵敏的两个参数，即加强筋的宽度和高度。将立柱结构较虻淖畲蟊湫瘟可栉D勘旰ü煊γ娣ǚ治觯蟪瞿勘函数的系数，利用的回归拟合功能，得出最可靠的目标函数，最后采用编程法求得函数的最小值，所对应的两个解既是加强筋参数宽度和高度的最优数据。该方案既保证了低成本又使加工精度得到了很大提高，满足实际加工所需的笥摇关键词：立柱静力分析模态分析灵敏度分析结构优化
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第一章绪论课题背景课题来源本论文的课题来自天津理工大学与天津第二机床厂的合作项目——大型重载高精重要结构件——立柱，采用有限元分析，对其进行静态、模态性能研究及灵敏度分析，国内外研究现状随着科学技术的迅速发展和工艺水平的显著提高，以及刀具种类的快速增多，并伴磨床结构的静态及动态特性，于此同时磨床的使用寿命也将大大提高。为了满足市场竞计中，设计根据主要依靠经验设计、分析静态特性和进行类比的方法，对前在工程方面上的需要难以满足。所以，要提高磨床的开发效率与结构设计水平就需要现代先进的结构优化，并通过灵敏度分析，来为改进的磨床结构方案提供了依据。度数控立式万能磨床的系统及优化设计与应用。针对此项目我研究⑹绞啬ゴ驳从而为同类其他机床的设计提供有效理论依据，提出了一条优化机床结构的清晰路径。现代机床设计的一项重要内容是机床的结构分析，其涉及内容很多，主要包括结构静力分析、结构动态分析、结构优化设计、结构非线性分析等方面。为了提高机床产品质量，并且保证其加工精度，就要重点研究机床主要结构部件的静态及动态特性，因为这与机床的整体性能有着密切的关系【俊Ｒ蚨谕庋д叨急冉匣钤径曰步峁狗治技术的研究，研究的内容的范围也很大。国外在设计优化机床结构时主要体现如下：杓朴敕治鐾健Ｉ杓撇唤鼋鍪腔沟纳杓坪脱⌒停拱嗽擞酶髦质笛榉来安排设计的方案，通过数据分析确定要选择的设计方案和优化方案；随大量使用，因此要求磨床的加工性能要具有高效率、高精度和高光洁度。但是，磨床的结构与其加工性能有着重要关系，要提高磨床的加工精度和加工效率，可以通过改善争带来的对磨床的加工性能要求越来越高，磨床结构的静、动态特性就要求也越来越高。随着人们对问题的认识和解决能力的提高，因此，在磨床新产品研制和老产品改进设计时，磨床结构的静、动态特性分析和研究成为一项重要环节。很长一段时期以来，国内学者很少考虑磨床的动态性能和整体结构性能在磨床的设设计方法来指导。为此，本文通过对立式精密磨床的静态特性和动态特性的分析比较及．庋芯肯肿
本课题的意义谏杓乒讨械拿扛鱿附诙荚擞没褂呕睦砟睿杉扑慊姆抡娣治隼创嬲嬲氖滴锊返募煅椤Ｒ蛭T诩扑慊姆抡娣治时不但没有浪费材料，而且可以获得更多的数据信息。采用这种方法，一是可以设计很多组实验，比较各组实验数据来确定最优的方案；二是在设计过程中可以通过计算机明确发现设计问题所在，改进设计，使得设计成本降低并且周期大大缩短。在接近世纪时，由于发展迅速的计算机应用技术，所以有限元方法在工程实践上开始逐步应用。作为一种数值计算的方法，有限元方法具有很多显著的优点，并在这基础上出现了非常多的砑如大型通用有限元分析软件由美国狙兄瞥功佣艽蟪潭鹊奶岣吡嘶膊返闹柿亢蜕杓菩剩⑹迪至擞邢拊7治龇ê图算机技术的结合。美国大学的】等学术人员不但对机床的动态性能进行详细研究，并且将机床的控制部分也关联研究。瓻吭贗的研究中心采