三轴立式数控镗床主轴部件静动态性能研究

论文摘要

装备制造业是衡量一个国家经济实力的重要标准,而机床是机械之母。当今世界机床向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展,为了赶上发达国家机床的设计水平,应采用先进的设计手段—动态设计方法。要进行动态设计,前提是对机床的动态性能作出正确的分析。主轴部件是数控机床的重要组成部分,其性能的好坏对机床的性能有着重要的影响。洛阳机床厂与东北大学合作,进行了三轴立式数控镗床的静动态性能分析和研究。本文主要是对该机床的整机进行了三维实体建模,并对机床主轴部件的静动性能进行了研究,为进一步进行动态设计奠定基础。本文采用Inventor软件对整机三维实体建模,采用有限元方法,基于商用软件ANSYS对主轴部件进行了动静态性能的分析,采用数学软件MATLAB进行了主轴部件的固有频率和振型的计算。具体工作如下:(1)总结了机床动力学、动态设计方法研究的发展状况和发展趋势,本文决定以有限元方法和数学建模的方法开展研究。(2)运用三维建模软件Inventor,建立了三轴立式数控镗床的机床部件和整机的三维实体模型。(3)论述了有限元静动态分析和动力学的基本求解过程,建立了主轴部件的有限元模型,合理的确定了载荷、轴承支承刚度和约束条件,进行了静力分析、模态分析和谐响应分析。(4)用普通传递矩阵建模,对主轴部件进行了分析,得到了主轴部件的固有频率和振型,并将其结果同有限元结果做了对比。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 机床动力分析和动态设计感念
• 1.2.1 机床动力分析的基本概念
• 1.2.2 机床动态设计概念
• 1.2.3 动力学模型在分析和设计中的作用
• 1.3 主轴性能研究概况
• 1.4 本课题的研究内容
• 第2章 机床三维建模
• 2.1 机床三维建模
• 2.1.1 虚拟加工环境建模
• 2.1.2 按照CAD图纸进行三维建模的方法
• 2.1.3 Inventor简介
• 2.1.4 机床Inventor中的三维建模装配
• 2.2 本章小结
• 第3章 滚动轴承刚度分析
• 3.1 滚动轴承的刚度特性
• 3.1.1 轴承刚度简介
• 3.1.2 力学模型的建立
• 3.2 轴承刚度分析
• 3.2.1 轴承刚度的理论计算
• 3.2.2 轴承的预紧量
• 3.2.3 主轴轴承静刚度的计算
• 3.2.4 轴承的动刚度
• 第4章 主轴部件的有限元分析
• 4.1 有限元方法的基本原理及ANSYS软件应用
• 4.1.1 有限元方法的基本原理
• 4.1.2 ANSYS软件应用
• 4.2 主轴部件有限元分析模型
• 4.2.1 构建几何模型
• 4.2.2 有限元模型建立
• 4.2.3 单元类型选择和网格划分
• 4.2.4 主轴部件前端外部载荷的计算
• 4.2.5 主轴部件的静刚度
• 4.3 主轴部件动态特性有限元分析
• 4.3.1 ANSYS动力分析
• 4.3.2 模态分析
• 4.3.3 谐响应分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 主轴部件传递矩阵建模分析
• 5.1 传递矩阵
• 5.1.1 传递矩阵法原则
• 5.1.2 常用元件的传递矩阵
• 5.1.3 传递矩阵的动力分析
• 5.2 主轴部件的传递矩阵计算
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文主要结论和成果
• 6.2 有待进一步研究的工作
• 参考文献
• 致谢