基于動態(tài)特性分析的機床結(jié)合部建模及結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計.pdf

1、機床的發(fā)展水平和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)直接反映了一個國家制造業(yè)的發(fā)展趨勢，也是國家工業(yè)化方面綜合國力的評價標(biāo)準(zhǔn)之一。建立機床準(zhǔn)確的動力學(xué)模型是研究機床動態(tài)加工特性和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的前提和基礎(chǔ)。機床整機的動力學(xué)特性在很大程度上都要受到機床內(nèi)各個部位螺栓結(jié)合部的影響，而螺栓結(jié)合部的建模又是難點問題，研究者大多將精力放在了機床的整機建模方面，忽略了對結(jié)合部處建模方法的研究，對相關(guān)問題的研究也不夠深入。因此探究機床螺栓結(jié)合部處的建模方法和結(jié)合部處參數(shù)識別方法具

2、有重要的工程意義和理論價值。
　　本文主要研究了含有螺栓結(jié)合部的機床動力學(xué)模型的建模，主要包括螺栓結(jié)合部的建模過程和結(jié)合部處參數(shù)求解的過程，并對已建立好的動力學(xué)模型進行了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計與分析。具體內(nèi)容如下:
　　首先，設(shè)計了簡單的螺栓結(jié)合部試驗試件，并得到實物模型以此來研究建模方法和參數(shù)識別方法。確定采用彈簧單元來建立結(jié)合部模型的方法，以彈簧單元均勻分布為基礎(chǔ)探究了彈簧單元圓周分布的建模方法，經(jīng)對比分析最終確定了圓周分布建模

3、方法的彈簧單元個數(shù)和等效直徑的大小。采用有限元仿真分析與模態(tài)試驗相結(jié)合的方法對試驗試件的螺栓結(jié)合部模型中彈簧單元的剛度進行了參數(shù)識別，并通過改變預(yù)緊力矩的方式驗證了該識別方法的正確性。
　　其次，根據(jù)吉村允孝思想，將結(jié)合部的建模方法和剛度識別方法應(yīng)用到結(jié)合部平均接觸面壓相等的機床床身地腳結(jié)合部的動力學(xué)模型中，識別出了地腳結(jié)合部處的動剛度值。然后對含有地腳結(jié)合部的機床進行試驗?zāi)B(tài)分析，對比仿真結(jié)果和實驗結(jié)果證明了誤差在允許范圍內(nèi)，即

4、證明該方法的建模和剛度識別是有效的。最終確立了含有地腳結(jié)合部的機床動力學(xué)建模方案。
　　最后，運用有限元分析仿真方法，對機床的床身進行了動力學(xué)性能的分析，確定其薄弱環(huán)節(jié)為內(nèi)部肋板，然后運用ANSYS Workbench中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊，通過對床身中肋板尺寸和位置的分析，完成了床身結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化，提高了整體的動力學(xué)特性，減輕了床身的質(zhì)量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。該方法可以推廣到機床其他部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，從而為機床結(jié)構(gòu)的改進和優(yōu)化設(shè)計