立式加工中心滾齒軸箱動靜態(tài)特性分析及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、機床在國民經(jīng)濟中具有重要地位，機床行業(yè)水平在一定程度上反映了一個國家工業(yè)水平的高低和綜合國力的強弱。隨著社會的迅速發(fā)展，機床在制造業(yè)中的地位也越來越重要。我國是制造業(yè)大國，但并非制造業(yè)強國，國內(nèi)機床水平相比國外仍有一定差距。目前，國內(nèi)機床零部件的設(shè)計多為基于經(jīng)驗的結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計完之后制造樣機，經(jīng)過實際加工測試判定所設(shè)計結(jié)構(gòu)是否達到設(shè)計要求。一方面，此設(shè)計模式的設(shè)計周期長，且通常設(shè)計過于保守，材料利用率低，設(shè)計水平局限于設(shè)計師的經(jīng)驗。

2、另一方面，在機床設(shè)計過程中多注重結(jié)構(gòu)靜態(tài)特性，對于結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的考慮往往較少。因此，對于機床動靜態(tài)特性的考察及將仿真方法應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計顯得尤為重要。
　　本文在總結(jié)國內(nèi)外機床動靜態(tài)特性分析、振動特性分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，以CYK-M3加工中心的關(guān)鍵零部件之一滾齒軸箱為研究對象，通過數(shù)值仿真和實驗測試的結(jié)合，對滾齒軸箱進行仿真模態(tài)分析、靜力分析及拓撲優(yōu)化設(shè)計，具體研究內(nèi)容如下:
　　首先，利用DH5922動態(tài)信號采集

3、分析系統(tǒng)及配套軟件對滾齒軸箱進行基于錘擊法的模態(tài)實驗，利用有限元軟件進行仿真模態(tài)分析，得到滾齒軸箱的前六階固有頻率及模態(tài)振型。對比實驗與仿真結(jié)果，驗證了實驗結(jié)果的可靠性及仿真建模的準確性。
　　其次，利用DH5922動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)及配套軟件對滾齒軸箱進行空運轉(zhuǎn)及切削條件下的振動實驗。通過分析振動加速度及振動位移結(jié)果，找出空運轉(zhuǎn)及切削兩種狀態(tài)下的主要振源，并針對主要振源，提出相應(yīng)的減振方案?？偨Y(jié)分析機床其他可能存在的振動因素，

4、并分別提出減振方案，為機床減振提供參考。
　　最后，借助HyperWorks仿真分析平臺對滾齒軸箱進行結(jié)構(gòu)靜力分析，得到第一主應(yīng)力云圖及位移云圖。分析得到結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力值及最大應(yīng)力位置，判定了結(jié)構(gòu)的安全性。分析得到結(jié)構(gòu)最大位移量及出現(xiàn)最大位移的位置，并重點考察了滾齒軸箱前后軸承組中心點處的位移量。靜力分析結(jié)果為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考。利用OptiStruct后處理軟件，以體積最小為優(yōu)化目標，以滾齒軸箱前后端軸承組中心點處的位移量、最大應(yīng)力