大型水電站檢修組合機床有限元分析與結構優(yōu)化.pdf

1、大型水電站水輪機組由于檢修時間和現(xiàn)場環(huán)境的限制，對水電站機組的轉輪、底環(huán)、座環(huán)等大型結構部件的修復，提出了智能化程度高的現(xiàn)場修復理念。這不僅可以克服機組局部修補精度不高的問題;而且還可以節(jié)省大量的人力物力資源，所以設計制造現(xiàn)場水電機組修復的數(shù)控多功能組合機床非常有必要。大型水電站機組現(xiàn)場檢修的數(shù)控多功能組合機床結構復雜，該機床的剛度和振動頻率等機械性能關系到機床的加工精度、加工效率和工件表面粗糙度，關系到機床的安全可靠性及使用壽命。有必

2、要對該機床床身結構等進行動靜態(tài)分析，找出機床床身的最大變形處和最大應力;通過模態(tài)分析可以判斷振型是否影響該機床加工精度;這樣可以對機床床身相關的部位進行優(yōu)化設計來改進性能。所以本文的研究具有重要的理論與工程意義。
　　本文對國內外數(shù)控機床結構有限元分析與結構優(yōu)化研究的現(xiàn)狀與發(fā)展做了全面深入的評述。對ANSYS Workbench平臺建立機床結構有限元分析模型做了闡述。本文對水輪機轉輪底環(huán)止漏環(huán)現(xiàn)場加工時的專用組合機床結構進行有限元

3、靜力分析與振動模態(tài)分析;在此基礎上對機床結構進行了優(yōu)化改進，并且對優(yōu)化后的機床結構進行了有限元靜力分析與振動模態(tài)分析。機床結構優(yōu)化改進后整個機床的靜動態(tài)特性都有了明顯提高，機床總體變形和各個方向的變形有了較為明顯的改善，應力集中也有明顯的改善，靜態(tài)性能有了顯著提高，機床結構剛度分布較合理;機床固有頻率和模態(tài)振型也有一定的改善。其次，針對水電機組轉輪下環(huán)現(xiàn)場加工數(shù)控組合機床的懸臂系統(tǒng)，分析計算該加工工況下機床的變形及應力，并以機床設計部門

4、提出的機床刀尖處綜合變形0.15mm為目標，提出機床結構的改進措施，增強該機床懸臂系統(tǒng)剛性，減小機床在受切削力時的結構變形，提高機床加工質量;提出了適當降低機床切削力的方案。最后，對大型水電站水電機組轉輪現(xiàn)場檢修加工數(shù)控專用組合機床進行了靜特性和振動模態(tài)有限元分析。分析結果認為機床刀架刀夾附近剛度需要加強;機床刀架立柱的軌道處安裝刀具，因此該處的各方向有限元變形是影響加工精度的重要因素，要引起重視。機床垂直連接臂和刀架部分是薄弱環(huán)節(jié)，影