大型機(jī)床結(jié)構(gòu)有限元分析.pdf

1、目前國內(nèi)機(jī)床行業(yè),在機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候,存在結(jié)構(gòu)不合理、處理工藝不理想、加工規(guī)模不夠大等問題,制約了整體工業(yè)水平的提升;而有限元理論和有限元軟件的應(yīng)用,為解決這些問題、促進(jìn)機(jī)床行業(yè)向著大型化和高質(zhì)量化發(fā)展提供了有力的支持。本文以國內(nèi)某機(jī)床廠研制生產(chǎn)的高性能輥式矯平機(jī)為研究對象,采用有限元整體建模的方法,運(yùn)用靜力學(xué)和動力學(xué)理論,并采用振動時效技術(shù)和盲孔法實驗技術(shù),對該機(jī)床結(jié)構(gòu)及處理工藝進(jìn)行了研究,為掌握機(jī)床工作狀態(tài)下應(yīng)力情況、優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)

2、和確定機(jī)床的處理工藝提供了依據(jù)。
　　 文章采用整體建模的方式,建立了三個有限元模型。第一個模型是包含接觸非線性的矯平機(jī)整體結(jié)構(gòu)模型,主要用于分析極限工作載荷情況下矯平機(jī)整體結(jié)構(gòu)和局部關(guān)鍵部位的應(yīng)力、變形情況;第二個模型是平板模擬模型,用于分析此類結(jié)構(gòu)的模態(tài)特性和激振條件下的振動時效效果,與第三個模型進(jìn)行對比;第三個模型是矯平機(jī)床身模型,主要用于分析機(jī)床結(jié)構(gòu)的模態(tài),進(jìn)而分析激振情況下動應(yīng)力水平,判定振動時效對該結(jié)構(gòu)的作用效果。<

3、br>　　 運(yùn)用靜力學(xué)理論、模態(tài)分析理論、諧響應(yīng)分析理論和振動時效相關(guān)理論對模型的就算和分析,本文的主要結(jié)論如下:
　　 1,采用靜力學(xué)理論,對機(jī)床整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了分析。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)該機(jī)床結(jié)構(gòu)在極限荷載下整體應(yīng)力水平比較合理,不過仍有進(jìn)一步改進(jìn)的余地。對結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以后,結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形水平可以進(jìn)一步改善。
　　 2,采用靜力學(xué)理論和接觸理論,對機(jī)床的主要受力結(jié)構(gòu)——鍵進(jìn)行了局部應(yīng)力分析,找出此類結(jié)構(gòu)的受力特

4、點(diǎn)。分析結(jié)果表明鍵和鍵槽的區(qū)域的應(yīng)力情況比較合理、局部變形很小。同時經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)局部結(jié)構(gòu)問題會造成該結(jié)構(gòu)特殊位置的應(yīng)力水平偏高,應(yīng)該對局部進(jìn)行改進(jìn)以均化鍵的應(yīng)力水平、降低局部過高的應(yīng)力。
　　 3,采用模態(tài)理論對機(jī)床床身和對比的平板模擬結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析,找出兩種不同結(jié)構(gòu)的模態(tài)特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)床身的模態(tài)樣式比較多,有局部模態(tài)和整體模態(tài);同時振型情況復(fù)雜、難以選取理想的激振點(diǎn)和支撐點(diǎn)。相對比而言平板模擬結(jié)構(gòu)的振型簡單,激振點(diǎn)和支撐點(diǎn)更

5、容易選取。
　　 4,運(yùn)用諧響應(yīng)理論對床身和平板模擬結(jié)構(gòu)進(jìn)行諧響應(yīng)分析,得到兩種結(jié)構(gòu)在激振條件下的動應(yīng)力水平。通過分析兩種結(jié)構(gòu)的動應(yīng)力分布發(fā)現(xiàn),平板模擬結(jié)構(gòu)非常適合采用振動時效消除殘余應(yīng)力;而對于床身結(jié)構(gòu)來說,振動時效消除焊接殘余應(yīng)力的效果不理想。
　　 5,使用盲孔法技術(shù)對床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行殘余應(yīng)力測試,測試結(jié)構(gòu)表明該結(jié)構(gòu)在振動時效前后焊接殘余應(yīng)力水平并沒有明顯的變化。從而通過有限元模擬和實驗分別驗證了床身這類的箱式構(gòu)件并不