机床动态设计
随着高速切削技术的发展推动了各种数控机床的出现及迅速发展。新颖的机械结构系统使现代数控机床比传统的数控机床的运动速度提高了5-10倍，与此相应它对动态性能的要求比传统机床提高了很多倍。这就使得我国数控机床的水平与国际先进水平的差距更大。主要表现在：可靠性差、应变能力差、产品开发周期长、设计手段落后等，并且业内人士意识到我国数控机床的薄弱环节已从数控系统转移到机械系统。但传统的机床设计主要是经验设计和实验相结合，其步骤是:经验设计—样机试制—样机测试—改进设。这种方法耗费大量的人力和财力，且周期长，效果差。因此长期沿用的以经验设计为主的落后设计方法必须改变。Error: A mesh could not be generated using the current meshing options and settings. Hint: The problem geometry areas might have been highlighted. Switching to wireframe mode may make them more visible. Project>Model>Mesh 5/4/2010 2:06:17 PM
1 机械结构动态设计的发展
传统的设计方法越来越难以满足市场的迅速变化，同时，很难综
合考虑各方面的约束条件，得到的往往只是复杂问题的可行方案，而
非最优方案，也难以很好的满足机械设备动态特性要求。对产品进行
动态优化设计，可以在很大程度上解决此类问题，其特点是把问题解
决在设计阶段，其优点是代价较小，能够适应当前激烈的市场竞
争的需要。机械结构动态设计是一项涉及现代动态分析，计算机
技术，产品结构动力学理论，设计方法学等众多科学领域的高
新技术。其基本思想是对按功能要求设计的结构图纸或要
改进的机械结构进行动力学建模，并做动特性分
析。根据对其动特性的要求或预定的动态
设计目标，进行结构修改，再设计和结
构重分析，直到满足结构动特性的设计
要求。
1.1 机械结构动态设计的内容
1.1.1 建立一个切合实际的动力学模型
机械结构的动力学模型有着极其重要的作用。在机床设计阶段，建立动力学模型，可以进行动态分析和设计，预估机床结构的动态特性，分析薄弱环节，寻求改进措施，用数字仿真方法，比较各种设计方案和结构，并为设计自动化打下基础。建模的方法有：有限元法、传递矩阵法、实验模态法、混合建模法、利用人工神经网络理论建模。
1.1.2 选择有效的结构动态优化设计方法
结构动态优化设计是对系统设计变量的初始参数，通过计算，作出必要的修改，使机械机构的动态性能在规定的约束条件下达到最优。目前，动态设计的优化正处于发展与完善阶段，从现有的资料来看，系统的动态优化设计方法可分为3类:基于模态柔度和能量平衡的动态优化设计、基于变分原理的动态优化设计和基于最小值原理的动态优化。
1.2 机械结构动态设计的关键技术
机械结构动态设计的关键技术有:结构结合部参数的辨识;系统中阻尼矩阵的确定;模型的修正方法;以设计变量直接作为优化变量，实现结构动力学的求解方法;寻求更快速、更准确的结构动态特性重分析模型与方法。结构动态设计的发展主要集中在对关键技术的研究上，结合面在整机性能研究中的主要作用，最早是在1939年，德国柏林工业大学的一篇论文中提到的，而真正的研究则是1959年，前苏联的Reshetov 和Levina所进行的，从此以后，世界各国的众多学者对其进行了大量的研究，也取得了大量的研究成果。随着人工神经网络技术和模糊设计技术的发展，国、内外许多研究人员把神经网络技术和模糊设计技术引人动态设计过程中，为结构动态设计提供了全新的思路。
2 相关技术
对于复杂机械结构的动态设计，有限元法是一种应用广泛的理论建模方法。分析软件中最有名的是ANSYS公司的ANSYS。下面针对有限元法和ANSYS软件作一简单的介绍。
2.1 有限元法
有限元法是R.Courant于1943年首先提出的，机械结构的动态有限元法分析主要是从八十年代开始的。到了九十年代，随着数值模拟技术的引人，机械动态有限元分析法的广度和深度不断增加。在对复杂机械结构动力分析和动态设计方面，有限元法是一种应用最广的建模方法.利用弹性力学和有限元法建立结构的动力学模型，可以计算出结构的固有频率、振型等模态参数以及动力响应，在此基础上还可根据不同需要对机械结构进行动态设计。由于有限元法具有精度高、适应强、计算格式规范统一等优点，已广泛应用于许多领域，已成为现代机械产品设计中的一种重要工具。
目前，通用的有限元计算软件有很多种，其中绝大多数不仅可以进行简单、线性、静态分析，也可以进行复杂、非线性、动态分析。其分析功能几乎覆盖了所有的工程领域，程序使用也非常方便。在我国工程界比较流行，被广泛使用的大型有限元分析软件主要有MSC/Nastran, Ansys, Abaqus, Marc,Adina和Algor等。
2.2 有限元分析软件ANSYS
在产品设计过程中，通常需要做大量的分析计算,ANSYS软件是一种应用广泛的通用有限元工程分析软件，该软件可在大多数计算机及操作系统中运行。它能与大多数CAD软件结合使用，实现数据的共享及交换.是现代产品设计中高级CAD工具之一。已广泛用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。下面就ANSYS软件作一简单的介绍。
2.3 ANSYS软件功能模块
ANSYS软件具有多种多样的分析能力，从简单的线性静态分析到复杂的非线性动态分析。主要的功能模块有:结构分析、热分析、电磁分析、流体力学分析、祸合场分析等模块。而且，还具有产品的优化设计、估计分析等附加功能。
2.4 ANSYS软件的主要特点
(1)主要技术特点。唯一能实现多场及多场祸合分析，唯一能实现前、后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化，具有多物理场优化功能，强大的非线性分析，多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬
件配置，支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件兼容。具有强大的并行计算功能，支持分布式并行及共享内存式并行，多种自动网格划分技术，良好的用户开发环境。
(2)与CAD的接口。可以导入当前使用的大多数CAD软件绘图格式，如UG,Pro/e,I-Deas,Catia, SolidEdge,Solidworks等。其中，Pro/e绘图的IGES格式的文件可以直接导入。
2.5 ANSYS结构分析过程
ANSYS 的分析过程包括:确定问题的范围、建立有限元模型、施加载荷和求解、后处理。ANSYS有以上的功能模块和特点，是有限元分析和优化分析的有机结合，为复杂结构的优化分析提供了新的方法，已成为解决现代工程学间题必不可少的有力工具。
总之，机械结构的动态设计是以计算机仿真、建模为基础，集计算机技术、机械动力学、有限元和优化设计方法为一体，由多学科知识组成的综合系统技术，是机械结构动力学设计与分析在计算机环境中数字化、图象化的映射，通过虚拟动态环境，进行虚拟产品开发，对产品的动态特性做出分析，大大提高了机床的整机性能。
检测系统的静态特性和动态特性 检测系统的基本特性一般分为两类：静态特性和动态特性。这是因为被测参量的变化大致可分为两种情况，一种是被测参量基本不变或变化很缓慢的情况，即所谓“准静态量”。此时，可用检测系统的一系列静态参数（静态特性）来对这类“准静态量”的测量结果进行表示、分析和处理。另一种是被测参量变化很快的情况，它必然要求检测系统的响应更为迅速，此时，应用检测系统的一系列动态参数（动态特性）来对这类“动态量”测量结果进行表示、分析和处理。 研究和分析检测系统的基本特性，主要有以下三个方面的用途。 第一，通过检测系统的已知基本特性，由测量结果推知被测参量的准确值；这也是检测系统对被测参量进行通常的测量过程。 第二，对多环节构成的较复杂的检测系统进行测量结果及（综合）不确定度的分析，即根据该检测系统各组成环节的已知基本特性，按照已知输入信号的流向，逐级推断和分析各环节输出信号及其不确定度。 第三，根据测量得到的（输出）结果和已知输入信号，推断和分析出检测系统的基本特性。这主要用于该检测系统
的设计、研制和改进、优化，以及对无法获得更好性能的同类检测系统和未完全达到所需测量精度的重要检测项目进行深入分析、研究。 通常把被测参量作为检测系统的输入（亦称为激励）信号，而把检测系统的输出信号称为响应。由此，我们就可以把整个检测系统看成一个信息通道来进行分析。理想的信息通道应能不失真地传输各种激励信号。通过对检测系统在各种激励信号下的响应的分析，可以推断、评价该检测系统的基本特性与主要技术指标。 一般情况下，检测系统的静态特性与动态特性是相互关联的，检测系统的静态特性也会影响到动态条件下的测量。但为叙述方便和使问题简化，便于分析讨论，通常把静态特性与动态特性分开讨论，把造成动态误差的非线性因素作为静态特性处理，而在列运动方程时，忽略非线性因素，简化为线性微分方程。这样可使许多非常复杂的非线性工程测量问题大大简化，虽然会因此而增加一定的误差，但是绝大多数情况下此项误差与测量结果中含有的其他误差相比都是可以忽略的。
第31卷第1期福州大学学报(自然科学版)Vol.31No.1 2003年2月Journal of Fuzhou University(Natural Science)Feb.2003 文章编号:1000-2243(2003)01-0069-04大型机床动态特性的整机有限元分析 林有希1,高诚辉1,高济众2 (1.福州大学机械工程系,福建福州350002;2.合肥工业大学机械学院,安徽合肥 230009) 摘要:用静态凝聚法和子结构技术,大幅度缩减机床整机有限元分析的计算规模,保证了工程研究感兴趣 的低阶频率范围的精度.结合1台大型机床整机的有限元建模,在微机上对其进行动态性能分析,判别薄 弱环节,提出设计修改方向和建议. 关键词:大型机床;模态分析;有限元;静态凝聚 中图分类号:TH113文献标识码:A Dynamic finite element analysis of heavy-duty machine tool LIN You-xi1,GAO Cheng-hui1,GAO Ji-zhong2 (1.Department of Mechanical Engineering,Fuzhou University,Fuzhou,Fujian350002,China;2.College of Me- chanical Engineering,Hefei University of Technology,Hefei,Anhui230009,China) A bstract:Stiffness and mass matrices is effectively r educed by static condensation and sub-str ucture method.The finite element analysis for complex mechanical structure can be performed in personal c om- puter.The result and discussion of the dynamic analysis is presented for a heavy-duty machine tool, with pr ogram AMTPOS. Keywords:heavy-duty machine tool;dynamic analysis;finite element method;static c ondensation 机床是工作母机,其动态特性将直接影响加工精度和质量.对于机床这种复杂而庞大的结构,其动态有限元分析将导致成千上万个自由度的特征值问题,尤其拓展到在微机上进行的高频度分析计算,巨大的计算规模使计算机容量和计算时间难以承受.因此,有效缩减计算规模是机床整机有限元分析面临的关键问题之一.虽然子空间迭代法或P-W等方法[1,2]充分计及矩阵[M]和[K]的稀疏或带状性质,但也难以用来克服上述困难.在机床整机动态分析与参数优化程序系统AMTPOS①中,利用凝聚降阶技术解决计算规模问题,实现微机上对设计阶段的机床进行静动态性能分析预测,在多台机床分析实践中取得了成效.本文将详细讨论1台重型立式镗铣床的动态分析过程. 1 静态凝聚法 对于大型特征值问题,Guyan R J[3]提出一种矩阵降阶的办法,称为静态凝聚或特征值节化.其基本思想是保留一小部分未知的结点位移作为“主”自由度(保留),通过静态凝聚变换,消去另一部分称为“副”自由度(内部)的位移,从而使得动力矩阵的尺寸得到减缩.其基础是假设在低频段上惯性力对副自由度的影响比静力效应小,略去副自由度上惯性的作用.由副自由度上的位能极值条件: [K lb]{U b}+[K ll]{U l}=0(1)其中:{U b}为主自由度上的位移向量;{U l}为副自由度上的位移向量;[K]和[M]也相应分块,得到约束方程: {U l}=-[K ll]-1[K lb]{U b}(2) 收稿日期:2002-08-26 作者简介:林有希(1967-),男,在职博士,高级工程师. ①AMTPOS系统能在图纸设计阶段对机床整机静动态性能进行分析预测,判别薄弱环节,提出修改方向.由合肥工业大学和北京机床研究所合作研制.
筋板布置型式对机床动态性能的影响 Ξ 毛海军① 孙庆鸿① 陈 南① 陈 新① 何 杰① 张建润① 郑文友② 王建平② (①东南大学 ②无锡机床股份有限公司) 摘要 以M2120A 内圆磨床为对象,比较了采用不同筋板型式后各主要零件及整机的动态性能。分析结果 表明,依据零件的振型特点选用相宜的筋板型式可明显提高其动刚度,而且由改进后的各零件组合而成的整机磨床比原磨床具有更好的动态特性。 关键词 内圆磨床 动态特性 筋板型式 本文借助三维CAD 软件Pro/E 与有限元分析软件ANSYS ,分析了M2120A 内圆磨床主要零件的筋板布置型式对其动态特性的影响,比较了由改进后的各零件组合而成的整机磨床与原磨床的动态特性。 1 X 型筋板对零件动态性能的影响 在M2120A 内圆磨床的主要零件中,床身、桥板、床头箱滑板与磨架支座滑板可视作同一类零件,均属于长宽高为同一数量级的实体结构。原结构设计全部采用了井字型筋板。现以桥板为例分析说明筋板布置型式对其动态性能的影响。经分析原桥板的第一阶扭转频率为2791115Hz (见图1a )。现将原桥板的井字型筋板分别改为X 型与米字型,而其它结构保持不变,则有限元分析结果显示:X 型桥板的第一阶扭转频率为3241631Hz ,比原桥板提高了16131%;而米字型桥板的第一阶扭转频率为3121631Hz ,比原桥板提高了12%。图1b 、c 所示分别为对应的扭转振型图 。 图1 桥板第一阶扭转振型图 由以上分析可知,采用X 型筋板的结构比采用井字型筋板的结构具有更高的抗扭能力。同时,通过比较米字型桥板与X 筋板的桥板还可以看出,尽管前者比后者多设置了两根筋板,但桥板的扭转频率不仅没有提高反而降低了12Hz 。这说明按传统的经验设计方法,盲目设置多条筋板对提高结构本身的动刚度并 不一定有利。 对床身、床头箱滑板与磨架支座滑板也按以上方式改变筋板型式,经分析其第一阶扭转频率也均有显著提高,可得到与桥板分析相同的结论。 2 井字型筋板对零件动态性能的影响 M2120A 内圆磨床工作台是属于长度远大于截面 的宽度与高度的类似于梁式杆的结构。原设计采用米字型筋板。经有限元分析可知,工作台的第一阶振型为弯曲,其频率为91125Hz (见图2a )。现将米字型筋板改用井字型,而仍保持其它结构不变,则经有限元分析得到其第一阶弯曲频率为126187Hz (见图2b ),比原工作台提高了39104%。这表明采用米字型筋板的结构与采用井字型筋板的相比,前者的抗弯曲能力不如后者高 。 (a )米字型筋板工作台 (b )井字型筋板工作台 弯曲振型图(f =91125hz ) 弯曲振型图(f =126187hz ) 图2 工作台第一阶弯曲振型图 3 磨床整机动态特性的比较 通常,单个零件动刚度的高低可以通过比较相应 的第一阶频率的大小来评定,而对于由各零件组合而成的磨床整机就不是如此简单,常常需要通过计算才 设计与研究 Ξ江苏省九五重大工业攻关项目(B G98006—2)
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/e213623475.html, 自补偿液体静压轴承静/动态特性有限元分析 作者：佐晓波尹自强王建敏李圣怡 来源：《湖南大学学报·自然科学版》2014年第01期 摘要：对一种新型的自补偿双锥面液体静压轴承进行了理论和实验研究.介绍了自补偿双锥面液体静压轴承结构与工作原理，采用小扰动法建立了其润滑油膜的理论模型，自补偿节流公式中计入了转子移动对节流间隙的影响.采用有限元方法求解了轴承的承载力、流量、刚度和阻尼系数，通过对承载力的测试验证了模型的可行性.结果表明：自补偿双锥面液体静压轴承比同条件下固定节流静压轴承的径向承载力高，且其在较小载荷下工作时具有较高刚度. 关键词：液体静压轴承；自补偿；静态特性；动态特性；有限元；小扰动方法 中图分类号：TH133.3 文献标识码：A 液体静压轴承具有承载力大，刚度高，阻尼特性好和磨损小等一系列优点，在精密机床主轴、导轨和转台等基础设备中有着广泛的应用.节流器对静压轴承的静、动态性能具有重要影响.常用的轴承节流器包括小孔、毛细管、狭缝等固定节流器和薄膜等可变节流器，其在现有文献中有较深入的研究.Chen等[1]对毛细管节流静压轴承性能进行了理论研究，郭力等[2]则对毛细管节流的大型动静压轴承进行了实验研究， Chen等[3]以及 Nicodemus和Sharma[4]研究 了小孔节流静压轴承性能，结果均表明节流参数的选择对轴承性能具有重要影响.Sharma等[5]研究了狭缝节流轴颈轴承，指出其失稳速度比毛细管和小孔节流轴承高.郭力等[6]则提出一种圆隙缝节流静压轴承，计算表明其性能优于传统狭缝节流轴承.Singh等[7]和Brecher等[8]研究了薄膜节流多腔静压轴承的特性.Gao等[9-10]分析了一种采用PM流量控制器的新型薄膜节流静压轴承的静态和动态特性.以上类型轴承，节流器的设计、制造往往较为复杂.自补偿节流轴承不使用节流器，采用自身结构实现节流，其性能介于固定节流和薄膜节流之间.夏恒青[11]和王瑜[12]分别对自补偿液体静压轴颈轴承的节流腔结构和动态性能进行了研究.Kane等[13]将节流间隙与承载间隙设计成呈角度相交的两段，制造了一种适用于转台的自补偿静压轴承.现有文献中对自补偿轴承的报道相对较少.本文设计了一种新型的自补偿液体静压轴承，采用小扰动理论建立了轴承计算模型，并采用有限元法计算了其静、动态特性. 1自补偿静压轴承结构及其节流原理 轴承结构示意图如图1（a）所示.轴承采用双锥面形式，主轴由两个圆锥零件和一个连接块组装而成，定子上安装节流环，由节流环的外表面与转子相应配合表面形成的间隙实现润滑油的节流，因不采用传统形式的节流器，所以称为自补偿静压轴承.图1（b）所示为轴承实物
数控机床的发展趋势及国内发展现状 1．引言 从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。 进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。本文简要分析了数控机床高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等发展趋势，并提出了我国数控机床发展中存在的一些问题。 2．数控机床的发展趋势 2.1 高速化
随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。 （1）主轴转速：机床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转速达200000r/min； （2）进给率：在分辨率为0.01μm时，最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工； （3）运算速度：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障，开发出CPU已发展到32位以及64位的数控系统，频率提高到几百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1μm、0.01μm时仍能获得高达24～240m/min的进给速度； （4）换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高的已达0. 5s。德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式，以主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅0.9s。 2.2 高精度化 数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。 （1）提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使C NC控制单位精细化，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本已开发装有106脉冲/转的内藏位置检测器的交流伺服电机，其位置检测精度可达到0.01μm/脉冲），位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法； （2）采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%～80%；
文章编号:100122354(2000)1020024203 机床整机的动态特性分析Ξ 覃文洁1,左正兴1,刘玉桐1,文占科1,丁庆新2 (11北京理工大学车辆工程学院CAD/CAM室,北京 100081; 21北京第一机床厂) 摘要:采用用户自定义矩阵单元来处理机床结合部的接触问题,在商品化软件平台上建立了机床整机的有限元模型,并对其进行了动态特性的分析。运用该方法来进行结构的性能预测,已用于工厂对机床的结构改进设计中。 关键词:机床;有限元;动态特性 中图分类号:TH122 文献标识码:A 1 引言 机床是机械制造工业中最基本的设备。随着国民经济的发展,人们对机床提出了越来越高的要求,其中最基本的问题就是要提高机床的工作性能,而机床的工作性能是与其动态性能紧密相关的。随着现代设计方法的广泛运用,对机床进行动态特性分析,用动态设计取代静态设计已成为现代机床设计发展的必然趋势。 机床是由多个零部件组成的复杂组合结构,仅对个别零部件进行分析,无法全面反映机床整体的性能,特别是在动态分析中,各零部件之间结合部的接触参数对动态性能的解析计算精度影响很大,因此,要准确地预测机床的动态性能,就必须对整机进行动力学分析。 在进行结构动力学分析的实际运用中,通常采取的方法是将连续系统离散化为只有有限个自由度的系统,由此求出连续系统的近似解。这些离散化的方法中有集中质量法、假设模态法、模态综合法和有限元法。集中质量法虽然做法简单,但如何选取各个集中点以及如何配置各点的质量,才能使所得结果比较接近于实际情况,这都需要经验或实验的启示,缺乏一般的理论指导。假设模态法和模态综合法的精度在很大程度上取决于所选择的结构或子结构的假设模态,对于复杂结构,这种假设模态难以找到,并且对于不同的结构没有通用性。而有限元法则是对每个单元取假设模态,由于单元的数目通常比较大,假设模态就可以取得非常简单;而且它以节点位移作为系统的广义坐标,可以降低系统微分方程的耦合程度,给用计算机求解 无间隙机构运转情况。另外,从考虑有阻尼和无阻尼对比情况来看,阻尼对弹性连杆变形是有一定影响的,由图4、图5可以看出计入阻尼可以减弱弹性杆件的变形,并且使得运动具有一定的规律性,提高了机构的稳定程度,所以可以采用具有一定阻尼的智能减振材料对含间隙弹性机构实行主动控制。 5 结论 本文在牛顿法建立的含间隙刚性机构二阶段模型的基础上,引入瞬时结构假设,建立了含间隙弹性连杆机构的动力学模型,分析了运动副间隙和结构阻尼对弹性连杆机构动态特性的影响,计算结果表明,间隙使得弹性连杆机构动态响应明显加大,而结构阻尼的存在减弱了杆件的弹性变形运动,并且使得变形运动具有一定的规律性,提高了机构的稳定程度,所以可以采用具有一定阻尼的智能减振材料对含间隙弹性机构实行主动控制。总之,在进行高速、精密机构动力分析时计入间隙和杆件弹性是完全必要的。 参考文献 [1] Winfrey R C,Anderson R V,Gnilda C W.Analysis of elastic ma2 chinery with clearances[J].ASME Journal of Engineering for Indus2 try,1973,95:695-703. [2] Dubowsky S,G ardner T N.Design and analysis of multilink flexible mechanisms with multiple clearance connections[J].ASME Journal of Engineering for Industry,1977,99:88-96. [3] 李哲,含间隙弹性平面连杆机构动力分析[J].机械工程学报, 1994,30(Supp):134-139. [4] 冯志友,孙序梁,张策.多运动副间隙的平面四杆机构动力分析 [J].佳木斯工学院学报,1991,9(2). [5] 张策.弹性连杆机构的分析与设计(第二版)[M].北京:机械工 业出版社,1997. 42 计算机辅助设计专题论文《机械设计》2000年10月№10 Ξ收稿日期:2000203224 基金项目:863资助项目(952064500) 作者简介:覃文洁(19682),女,讲师,工学硕士。主要研究方向:机械结构分析、机械系统多体动力学仿真等。
基于ANSYS 的重力坝三维静动态结构分析 目录 1 引言..................................................................... 1.. 2 工程概况................................................................. 1... 3 基本资料................................................................. 1... 3.1 反应谱............................................................ 1... 3.2 材料参数.......................................................... 2... 3.3 规范要求.......................................................... 2... 4 分析简介................................................................. 4... 4.1 分析模型.......................................................... 4... 4.2 边界条件.......................................................... 6... 4.3 荷载工况.......................................................... 6... 5 计算成果................................................................. 7... 5.1 工况一............................................................. 7... 5.2 工况二............................................................ 8... 5.3 工况三 1..0. 5.4 工况四 1..1. 5.5 工况五 1.. 2. 5.6 工况六 1..4. 5.7 结果总结及分析 1..5 6 结论及建议 1..7. 7 分析命令流 1..7.
目录 CONTENTS 第一篇：我国数控机床行业发展前景大好------------------------------------------------------------- 1第二篇：2014-2015我国数控机床进口数量月度统计 ----------------------------------------------- 3 2014-2015我国数控机床进口数量月度统计表：-------------------------------------------------------- 4第三篇：2014-2015沈阳市金属切削数控机床产量统计 -------------------------------------------- 5第四篇：中国制造业发展分析3D打印和高端数控机床-------------------------------------------- 6第五篇：数控机床行业现状分析未来发展任重道远------------------------------------------------- 7第六篇：高精度是数控机床的主流趋势---------------------------------------------------------------- 9第七篇：数控机床是汽车模具发展关键--------------------------------------------------------------- 10第八篇：数控机床工具行业将迎来结构调整的有利时机------------------------------------------ 11第九篇：我国数控机床需求量日益扩大--------------------------------------------------------------- 12第十篇：成本高国产高端数控机床发展遇阻--------------------------------------------------------- 12第十一篇：中国数控机床行业市场需求预测--------------------------------------------------------- 13第十二篇：高精度是数控机床的主流趋势------------------------------------------------------------ 14第十三篇：工业机器人与数控机床集成应用发展加速--------------------------------------------- 15 (1)工作岛：单对单联动机加、单对多联机加工。 ---------------------------------------------------- 16 三、工业机器人与数控机床融合发展的途径----------------------------------------------------------- 16 1.加工制造方面 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 16 第十四篇：2015年数控机床行业发展前景前瞻 ----------------------------------------------------- 17第十五篇：数控机床与机器人行业融合发展途径--------------------------------------------------- 19 (1)工作岛：单对单联动机加、单对多联机加工。 ---------------------------------------------------- 20 三、工业机器人与数控机床融合发展的途径----------------------------------------------------------- 20 1.加工制造方面 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 20 第十六篇：我国数控机床行业的旺盛需求仍保持高速增长--------------------------------------- 21第十七篇：国内数控机床行业现状：已进入快速发展期------------------------------------------ 22第十八篇：2014年中国数控机床行业发展前景浅析 ----------------------------------------------- 23 本文所有数据出自于《2015-2020年中国数控机床行业市场需求预测与投资战略规划分析 报告》 第一篇：我国数控机床行业发展前景大好 在现代制造业的生产中，都离不开机床作为加工机械装备。机床行业是制造业的基础性行业，也是推动国民经济发展的脊柱行业。自新中国成立以来，国家对我国机床行业就给予了很大程度的支持。我国机床行业历经几十年的发展，实现了从无到有、从小到大的行业规模，技术也在不断探索中有了长足的进步。 我国数控机床行业起步较发达国家来说晚了很多。建国初期，我国物质匮乏，为了大力推进国家经济建设，推进我国机械装备制造业的发展，机床行业是在国家的支持下才得
数控机床的动态特性概述 李凯旋
研究机床动态特性的重要性和必要性现代机床正向高速，大功率，高精度的方向发展， 除了要求机床重量轻，成本低，使用方便和具有良 好的工艺性能外，对机床的加工性能要求也愈来愈 高。机床的加工性能与其动态特性紧密相关。 由于受到理论分析和测试实验手段落后的限制，传统的机床设计 的主要依据是静刚度和静强度，对机床的动态特性考虑较少。结 果常常是以较大的安全系数加强机床结构。导致机床结构尺寸和 重量加大。并不能从根本上改观机床的动态特性。
机床的动态特性的基本概念 机床的动态性能是指机床运转之后振动、噪声、热变形与磨损等性 能的总称。但长期以来主要指的是机床的振动性能，即主要指机床 抵抗振动的能力。【1】????? ??????===振型）振型（一阶振型，二阶变形大小）动态柔度变形的能力。动刚度：动载荷下抵抗变形的能力。静刚度：静载荷下抵抗为临界阻尼系数为阻尼系数，阻尼比）（固有角频率固有频率(/1r r ,r/r 2/f f co co n n n n d k ωξπωω机床结构的动态特性参数主要参数包括固有频率，阻尼比，振型，动刚度等。机床的动态分析主要是研究抵抗振动的能力，包括抗振性和切削稳定性，【2】??? ?????????切削自激振的能力）切削稳定性（机床抵抗主要零件的固有频率阻尼特性机床的结构刚度振动的能力）抗振性（机床抵抗受迫激振力：由回转的不平衡质量作为振动系统的振动源产生的周期性简谐振动。【1】诸乃雄，机床动态设计原理与应用[M]上海：同济大学出版社，1987:1-3 【2】陈雪瑞，金属切削机床设计[ M ] 太原: 山西科学教育出版社, 1988.147-151 主要指标外力的激励频率与物体的固有频率相等时，物体的振动形态成为主振型或一阶振型。外力的激励频率是物体固有频率二倍时，物体的振动形态为二阶振型，以此类推.......
数控车床 控制系统：SIEMENS 801S 加工性能：可车削内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、公、英制螺纹等；配有四工位刀架，可满足不同需要的加工；可开闭的防护门及各种安全警示标牌确保了操作者的安全。适用于多品种、批量加工，对复杂、高精度零件更能显示其优越性。 数控车床 控制系统：GSK 980TD—a 加工性能：可车削内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、公、英制螺纹等；配有四工位刀架，可满足不同需要的加工；可开闭的防护门及各种安全警示标牌确保了操作者的安全。适用于多品种、批量加工，对复杂、高精度零件更能显示其优越性。 数控车床 控制系统：FANUC0i—T 加工性能：可车削内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、公、英制螺纹等；配有四工位刀架，可满足不同需要的加工；可开闭的防护门及各种安全警示标牌确保了操作者的安全。适用于多品种、批量加工，对复杂、高精度零件更能显示其优越性。 数控车床 控制系统：华中世纪星系统 加工性能：可车削内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、公、英制螺纹等；配有四工位刀架，可满足不同需要的加工；可开闭的防护门及各种安全警示标牌确保了操作者的安全。适用于多品种、批量加工，对复杂、高精度零件更能显示其优越性。 数控铣床 控制系统：FANUC 0 i—M 技术性能：本机布局为立式主轴、十字型床鞍工作台，结构紧凑、加工范围广泛，一次装夹后可完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多种工序的加工。主轴采用交流主轴电机同步齿形带传动，噪声低。主要应用于机械零件和模具加工，与同类产品相比，性能出众。 结构特点：强力切削、低速高扭矩、恒功率范围宽（FANUC交流主轴电机）。主要构件刚度高、床身立柱床鞍均为稠筋、封闭式框架结构。无齿轮传动、噪声低、振动小、热变形小。 数控立式加工中心 控制系统：SIEMENS 802D
国内外数控机床发展 现状
国内外数控机床发展现状分析 摘要：简述了国内数控机床近年来的发展。近年国内数控机床发展迅速，产量不断增加，但高端产品数量太少，无法与国外数控机床竞争。而国外数控机床，尤其是西门子和发那科则占据了绝大部分世界市场。我国数控机床产业还存在诸多问题有待解决。 关键词：数控机床、发展、现状 当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竟相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。如今国内数控机床发展迅速，年产量逐年攀升，但所产机床精度等方面达不到要求。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。 虽然大力发展装备制造业已成为全社会的共识，但国内绝大多数重要机械制造装备的数字化控制系统却不是中国造。尤其是关系国家战略地位和体现国家综合国力水平的高档数控机床，它的“大脑”和“心脏”却要大部分从国外引进。专家呼吁，以数控机床为代表的“中国制造”不能没有创造，开发自主知识产权的数控系统迫在眉睫。 一、国内数控机床发展现状 1.1 国内数控机床近几年发展 我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有1500种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。 近年来我国机床行业不断承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平数控设备的任务。如国产XNZD2415型数控龙门混联机床充分吸取并联机床的配置灵活与多样性和传统机床加工范围大的优点，通过两自由度平行四边形并联机构形成基础龙门，在并联平台上附加两自由度串联结构的A、C轴摆角铣头，配以工作台的纵向移动，可完成五自由度的运动。该构型为国际首创。基于RT一Linux开发的数控系统具有的实时性和可靠性，能在同一网络中与多台PLC相连接，可控制机床的五轴联动，实现人机对话。该机床的作业空间4.5mx1.6mx1.2m，A轴转角±1050,C轴连续转角0一4000，主轴转速(无级)最高 10000r/min，重复定位精度±0.01mm，可实现三维立体曲面如水轮机叶片，导叶的五轴联动高速切削加工。 超精密球的加面车床为陀螺仪工提供了基础设备，这类车床也可用于透镜模具、照相机塑料镜片、条型码阅读设备、激光加工机光路系统用聚焦反射镜等产品的加工。 高速五轴龙门铣床采用铣头内油雾润滑冷却、横梁预应力反变形控制等技术。这类铣
2020 年数控机床行业分 析调研报告 2019 年 12 月
目录 1. 数控机床行业概况及市场分析 (5) 1.1 数控机床市场规模分析 (5) 1.2 数控机床行业结构分析 (5) 1.3 数控机床行业 PEST 分析 (6) 1.4 数控机床行业特征分析 (7) 1.5 数控机床行业国内外对比分析 (8) 2. 数控机床行业存在的问题分析 (10) 2.1 政策体系不健全 (10) 2.2 基础工作薄弱 (10) 2.3 地方认识不足，激励作用有限 (10) 2.4 产业结构调整进展缓慢 (10) 2.5 技术相对落后 (11) 2.6 隐私安全问题 (11) 2.7 与用户的互动需不断增强 (12) 2.8 管理效率低 (13) 2.9 盈利点单一 (13) 2.10 过于依赖政府，缺乏主观能动性 (14) 2.11 法律风险 (14) 2.12 供给不足，产业化程度较低 (14) 2.13 人才问题 (15) 2.14 产品质量问题 (15) 3. 数控机床行业政策环境 (16)
3.1 行业政策体系趋于完善 (16) 3.2 一级市场火热，国内专利不断攀升 (16) 3.3 “十三五”期间数控机床建设取得显著业绩 (17) 4. 数控机床产业发展前景 (18) 4.1 中国数控机床行业市场驱动因素分析 (18) 4.2 中国数控机床行业市场规模前景预测 (18) 4.3 数控机床进入大面积推广应用阶段 (18) 4.4 政策将会持续利好行业发展 (19) 4.5 细分化产品将会最具优势 (19) 4.6 数控机床产业与互联网等产业融合发展机遇 (20) 4.7 数控机床人才培养市场大、国际合作前景广阔 (21) 4.8 巨头合纵连横，行业集中趋势将更加显著 (22) 4.9 建设上升空间较大，需不断注入活力 (22) 4.10 行业发展需突破创新瓶颈 (22) 5. 数控机床行业发展趋势 (24) 5.1 宏观机制升级 (24) 5.2 服务模式多元化 (24) 5.3 新的价格战将不可避免 (24) 5.4 社会化特征增强 (24) 5.5 信息化实施力度加大 (25) 5.6 生态化建设进一步开放 (25) 5.7 呈现集群化分布 (26) 5.8 各信息化厂商推动"数控机床"建设 (27)
橡胶件的静、动态特性及有限元分析 北方交通大学 硕士学位论文 橡胶件的静、动态特性及有限元分析 姓名：郑明军 申请学位级别：硕士 专业：车辆工程 指导教师：谢基龙 2002.2.1 file:///E|/Material/new download/Y476948/Paper/pdf/fm.htm2007-7-3 11:31:00
目录 文摘 英文文摘 第一章绪论 1.1引言 1.2选题背景 1.3本论文的主要研究内容第二章橡胶类材料的本构关系 2.1引言 2.2橡胶材料的本构关系2.2.1橡胶材料的统计理论2.2.2橡胶材料的唯象理论2.3橡胶材料的应力应变关系2.4小结 第三章非线性橡胶材料的有限单元法 3.1引言 3.2非线性橡胶材料的罚有限元法3.3非线性橡胶材料的混合有限元法3.4非线性橡胶材料的杂交有限元法 3.5ANSYS软件的非线性有限元分析方法3.6小结 第四章橡胶材料常数的研究 4.1引言 4.2测定橡胶材料常数的实验方法 4.3 Mooney-Rivlin型橡胶材料常数C1和C2的测定4.4橡胶硬度对Mooney-Rivlin型橡胶材料常数的影响 4.4.1橡胶硬度与弹性模量的关系4.4.2橡胶柱的压缩试验 4.4.3橡胶柱的有限元分析 4.4.4橡胶支座的有限元分析 4.4.5不同硬度下橡胶材料常数C1和C2的确定5小结 第五章橡胶夹层的断裂分析 5.1引言 5.2双悬臂橡胶夹层梁的有限元分析5.2.1试验研究 5.2.2有限元分析 5.2.3计算结果分析 5.3双悬臂橡胶夹层梁的断裂力学分析5.3.1双悬臂橡胶夹层梁界面J积分5.3.2双悬臂橡胶夹层梁应变能释放率G 5.3.3双悬臂橡胶夹层梁的断裂力学分析5.4双剪切橡胶夹层的有限元分析 5.5双剪切橡胶夹层的断裂力学分析 5.5.1双剪切橡胶夹层界面断裂韧性 5.5.2双剪切橡胶夹层的断裂力学分析 6小结 第六章橡胶弹性车轮动态特性分析 6.1引言 6.2橡胶弹性车轮的特点 6.3橡胶弹性车轮的结构 6.4橡胶弹性车轮的有限元分析6.4.1橡胶弹性车轮的有限元分析 6.4.2橡胶弹性车轮的减振效果 6.4.3橡胶硬度对弹性车轮动态特性的影响6.5小结 第七章结论 7.1橡胶材料常数的研究 7.2橡胶夹层的断裂分析 7.3橡胶弹性车轮动态特性分析 参考文献 致谢
第33卷第3期2 0 18年8月青岛大学学报（工程技术版）JOURNAL OF QINGDAO UNIVERSITY (E&T) Vol. 33 No. 3 Aug. 2 0 18文章编号 # 1006 - 9798(2018)03 -0120 - 05; DO * 10.13306/1 1006 - 9798.2018.03.022 基于ANSYS 的某型压力容器静态与动态特性分析 黄妮，戴作强 (青岛大学机电工程学院，山东青岛266071) 摘要：针对压力容器容易发生强度失效和稳定失效等问题，本文基于A N S Y S 软件对某型压力容 器的静态与动态特性进行研究，获取了其应力集中危险位置。在三维建模软件S o lid W o rk s 中，建 立压力容器的三维几何模型，使用自由边划分中面进行网格划分，并给出了载荷及边界条件，将前 处理完成的压力容器模型以c d b 格式导人A N S Y S 软件中进行求解，并在空罐状态下对压力容器 进行动力学特性分析。分析结果表明，该压力容器的静强度具有一定的余量，不会发生强度失效； 在空罐状态下，压力容器筒体和封头容易发生共振，可以在筒体位置适当增加阻尼和约朿，以加强 其稳定性，或者在振型最大处增大厚度以提高刚度，防止和避免共振带来的危害。该研究保障了压 力容器在操作工况下安全可靠。 关键词：压力容器；A N S Y S #静强度分析；模态分析 中图分类号：T H 49 文献标识码：A 压力容器是化工生产中极为重要的一类储运设备[1]，随着存储介质质量和种类的变化，压力容器产生失效事 故的可能性在不断增加，所以对压力容器进行静态和动态特性研究，分析其结构可靠性具有重要意义。近年来， 对压力容器可靠性的研究有许多。郑云虎等人）]采用静强度和模态分析结合的方法，对立式圆柱薄壁容器的振 动特性进行了研究，获得了压力容器的强度和刚度薄弱位置；张自斌等人）]对压力容器的宏观力学响应进行了分 析，并作出应力安全评定，同时运用子模型技术对压力容器接管区域进行了更为精确的应力分析；赵积鹏等人）] 采用特征值屈曲分析方法，得出了压力容器屈曲模态形状和临界外压，提出了压力容器安全使用的临界条件；朱 国樑）]应用A N S Y S 分析了立式厚壁压力容器筒体与封头的应力分布特点，提出了优化措施；马言等人）]针对压 力容器分层缺陷的扩展问题，从动力学角度对压力容器进行模态分析，找到了分层缺陷扩展的原因。基于此，本 文从静态和动态两方面研究某型压力容器的静强度薄弱环节和抗振性能不足之处，根据有限元分析结果，对其进 行安全性能评价及动力学特性分析，保障压力容器在操作工况下安全可靠。该研究对分析压力容器的结构可靠 性具有重要意义，具有一定的实际应用价值。 1三维模型的建立 液体干燥器的容积约为51 m 3，由筒体、封头和裙座等组成。压力容器总长约为15 900 mm ,其中，筒体高度 10 BOOmm ,筒体前段厚度为26 mm ,筒体后段厚度为34 m m ,封头为标准椭圆形，其内径A =2 B O O mm ,两端封头厚度 为29. 62 m m ，裙座厚度为20 m m ，个地脚螺栓对称分布于裙座底端。压力容器材料为Q 345R ，材料性能如表1所示。 在三维建模软件S o lid W o rk s 中，建立压力容器三维几何模 型，压力容器三维图如图1所示。在有限元分析中，微小的结构 可能导致建模时间和计算量大幅增加，因此应抓住模型主要影 响因素，忽略其次要影响因素，对其进行简化处理78]。对该压力 容器焊缝、温度计热电偶口、露点仪口、放空口、公用工程口及小倒角等进行简化，压力容器简化模型如图2所示。2 有限元前处理2.1中面处理及网格划分 H y p e rM e sh 是一个高质量高效率的有限元前处理器，其强大的几何清理功能大大简化了对复杂几何进行仿收稿日期# 2017-12-10;修回日期# 2018 - 02 - 20 基金项目：黄妮（1994 -)，女，湖南常德人，硕士研究生，主要研究方向为电动汽车智能化动力集成技术。 作者筒介：戴作强（1962 -)，男，硕士，教授，主要研究方向为锂离子电池材料与系统。Email: daizuoqiangqdu@https://www.doczj.com/doc/e213623475.html, 表1材料性能杨氏弹性密度/屈服极材泊松比模量/Pa k g /m 3限/ M P a Q 345R 2. 1X 1011 0.37 890345