YK20100磨齒機主要部件的有限元分析及結構優(yōu)化設計.pdf

1、螺旋錐齒輪是實現(xiàn)相交軸運動傳遞的基礎元件，具有重合度大、承載能力高、傳動效率高、傳動平穩(wěn)、噪聲小等優(yōu)點，被廣泛應用于汽車、飛機、機床和各種機械產品中。目前國內加工螺旋錐齒輪的數(shù)控的機床主要是進口機床，不但價格非常昂貴，而且技術上受制于人。盡管國內生產數(shù)控螺旋錐齒輪機床的廠商已有幾家，但其加工精度和加工效率與國外同類型機床差距很大。本文以YK20100數(shù)控螺旋錐齒輪磨齒機為研究對象，以提高其加工精度和加工效率為目標，通過有限元仿真分析、測

2、試實驗等手段對主要部件及組合結構的動態(tài)特性進行了研究。 論文的主要研究內容及研究結果如下： 1、基于磨削理論和螺旋錐齒輪的加工方法，對YK20100數(shù)控磨齒機進行了工況分析，計算了加工直徑為1米齒輪時立柱與床身所受最大的豎直磨削分力，并在最大受力狀態(tài)下對立柱和床身進行了有限元靜態(tài)分析，為進一步優(yōu)化結構奠定了基礎。研究表明，立柱頂部和床身懸空突出邊變形最大，零部件的底部支撐處應力最大。 2、應用ANSYS軟件對立柱

3、、床身進行了模態(tài)分析，獲得了前六階固有頻率與振型，立柱的前六階固有頻率分別為118.85Hz、137.46 Hz、210.05Hz、256.34Hz、273.47Hz、328.09Hz，床毛身的前六階固有頻率分別為370.45Hz、391.20Hz、456.21Hz、543.08Hz、600.66Hz、626.71Hz，為組合結構的研究和優(yōu)化設計奠定了基礎。 3、基于螺栓聯(lián)接結合部、導軌結合部的理論建模原理和方法，通過彈簧－阻尼

4、單元建立了動力學模型，計算出了結合部的特性參數(shù)。另外，還研究了螺栓結合部的螺栓個數(shù)及直徑對整機動態(tài)特性的影響。研究表明，對于螺栓聯(lián)接的結合面，在預緊力一定的情況下，增加聯(lián)接螺栓的個數(shù)，比增加同樣單元螺栓聯(lián)接面積的螺栓直徑，更能改善機床的動態(tài)特性。 4、應用元結構思想對立柱、床身結構進行了優(yōu)化設計。在元結構選型的基礎上，研究了元結構圓孔直徑及元結構筋板厚度與低階固有頻率的關系；同時還研究了立柱、床身基本框架尺寸與結構低階固有頻率的

5、關系，獲得了框架尺寸與結構低階固有頻率之間的關系規(guī)律，所得的規(guī)律可以直接用于結構設計中。 5、利用ANSYS軟件對優(yōu)化前后的立柱床身組合結構進行了模態(tài)分析，比較了前幾階固有頻率，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的組合結構前四階固有頻率分別提高了27.1％、20.5％、58.6％、16.7％。同時，發(fā)現(xiàn)結合部對整機的動態(tài)特性影響極為關鍵，研究表明，只提高零部件的動態(tài)特性，結合部的動態(tài)特性不提高，其整機動態(tài)特性難有很大的提高。 6、為了驗證結合部