SKR-4DQ绕线机主轴箱的结构优化设计

论文摘要

SKR-4DQ绕线机是某企业新开发的产品,针对绕线机在使用中存在的噪声偏大,高转速下的强烈振动影响产品品质稳定问题,通过Cosmosworks分析软件,对绕线机的主要部件—主轴箱,进行了振动模态分析,并在此基础上进行了以提高基频为目标的结构优化设计。本文首先通过Solidworks建立主轴箱的三维模型,然后利用集成在Solidworks中的Cosmosworks系统分析软件,对主轴箱进行了网格质量分析、共振模态分析,并在此基础上,进一步做了主轴箱的尺寸单独优化和综合优化,取得了一些非常有意义的结论。通过共振模态分析找出了主轴箱的前10阶共振模态及对应的振动频率,发现了箱体的刚度薄弱部位;通过各个尺寸对箱体的灵敏度分析,确定出了各尺寸的灵敏度;通过尺寸的综合优化确定了各主要尺寸的最优值。并使主轴箱在质量增加21.1%的情况下,基频从原结构的788.02Hz提高到了优化后的1224.8Hz,提高了55.4%,达到了优化的目的,实现了设计的要求,并为绕线机主轴转速的进一步提高创造了条件,同时,采用ANASYS有限元方法分析了改进前后的主轴箱模型的谐响应,结果显示优化达到了预定的目标。主轴箱的网格质量分析结论、主要尺寸的灵敏度分析结果及变化趋势曲线,能够为后人的设计工作提供有价值的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 绕线机的发展概况
• 1.2 机械优化设计理论发展状况
• 1.3 本论文的研究任务
• 1.4 本论文的研究方法
• 第二章 机械振动的有限元法分析方法
• 2.1 有限元法简介
• 2.2 结构振动问题的有限元法
• 2.2.1、结构的动力学方程
• 2.2.2、结构的自振频率与振型
• 2.2.3、质量矩阵
• 2.2.4、特征值方程的求解方法
• 2.3 COSMOS有限元分析软件简介
• 2.3.1、COSMOS有限元分析软件
• 2.3.2、COSMOS、NASTRAN、ANSYS测试结果比较
• 2.4 小结
• 第三章 机械优化设计的理论基础
• 3.1 概述
• 3.2 优化设计问题的数学模型
• 3.3 优化设计问题的基本解法
• 3.3.1 截面尺寸优化设计的常用算法
• 3.3.2 形状优化设计的主要方法
• 3.4 小结
• 第四章 绕线机主轴箱的模态分析
• 4.1 绕线机的功能和结构特点
• 4.1.1 绕线机的性能
• 4.1.2 绕线机的结构特点
• 4.2 Cosmos Works的简介
• 4.3 网格质量敏感性分析
• 4.4 绕线机主轴箱模态分析过程
• 4.4.1 模态分析步骤
• 4.4.2 模态分析结果
• 4.5 模态分析结果讨论
• 4.5.1 共振形态
• 4.5.2 定量分析
• 4.6 结论
• 第五章 主轴箱的优化设计
• 5.1 主轴箱的结构改进
• 5.2 COSMOSWorks的结构优化方法
• 5.3 主轴箱优化模型的建立
• 5.4 箱体壁厚的优化
• 5.5 前后主轴支承板间距的优化
• 5.5.1 原箱体模型的优化
• 5.5.2 改进箱体模型的优化
• 5.6 其他重要尺寸的优化
• 5.6.1 主轴支承孔高度的优化
• 5.6.2 加强筋厚度的优化
• 5.6.3 加强筋位置的优化
• 5.7 改进箱体模型的综合优化
• 5.8 本章小结
• 第六章箱体优化前后的谐响应分析
• 6.1 谐响应分析基础
• 6.1.1 谐响应分析的基本概念
• 6.1.2 结构阻尼的确定
• 6.1.3 常用计算方法
• 6.1.4 谐响应分析的基本步骤
• 6.2 箱体结构优化前后的谐响应分析
• 6.2.1 谐响应分析过程及参数设置
• 6.2.2 谐响应分析结果及其分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录