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精密机床的静态与动态刚度分析引言：精密机床是现代制造业中不可或缺的重要设备。
为了确保精密机床的高精度加工能力，静态和动态刚度的分析是十分重要的。
本文将深入探讨精密机床的静态与动态刚度分析，旨在帮助读者更好地理解该领域的知识。
一、静态刚度分析静态刚度是机械系统在受到外力作用时不发生形变的能力。
它是保证精密机床加工精度的关键因素之一。
在进行静态刚度分析时，需要考虑以下几个方面：1. 结构设计：精密机床的结构设计对其静态刚度具有重要影响。
合理的结构设计可以有效地提高机床的刚度，减少振动和形变。
例如，在起重部分采用合适的材料、减小悬臂长度、增加副压面等都可以提高机床的静态刚度。
2. 机床基座的刚度：机床基座是机床的支撑平台，其刚度直接影响机床的运行稳定性。
通过加固机床基座，可以提高机床整体的静态刚度。
例如，在机床基座上铺设高刚度的材料，增加基座的厚度等都是提高机床静态刚度的有效方法。
3. 主要构件的刚度：机床的主要构件如床身、滑架等的刚度也是影响静态刚度的重要因素。
合理选择和加工这些构件的材料、采用适当的固定方法等都可以提高机床的刚度。
二、动态刚度分析动态刚度是机床在运动状态下的刚度特性，主要用于分析机床加工过程中的振动特性。
在进行动态刚度分析时，需要考虑以下几个方面：1. 特征频率分析：机床的结构和构件都有一定的频率响应。
找出机床的特征频率并进行分析，可以帮助识别和解决振动问题。
例如，采用频谱分析方法可以确定机床加工时的共振频率，从而避免加工过程中的振动影响。
2. 振动模态分析：振动模态分析是确定机床在特定频率下的振动模态形式和振动模态参数的方法。
通过分析机床的振动模态，可以了解机床振动的特点和影响机床刚度的因素。
例如，可以通过振型分析确定机床的关键模态，并进行针对性的刚度改进。
3. 结构阻尼分析：结构阻尼是机床动态刚度的重要组成部分。
合理的结构阻尼设计可以降低机床振动的幅度和频率，提高机床的动态刚度。
ANSYS下的机床夹具静动态特性研究黄建勇摘要：在机械加工中，机床夹具的性能直接影响着零件加工的质量和精度，而夹具静动态特性则关系着夹具的整体性能。
因此，为了对机床夹具进行深入研究，判断其设计是否合理，本文利用ANSYS有限元分析软件，结合Pro/E构建三维模型，针对机床夹具的静动态特性进行了分析和研究。
关键词：ANSYS；机床夹具；静动态特性Abstract：in mechanical machining，the performance of machine tool fixture directly affects the quality and accuracy of the parts processing，and fixture static and dynamic characteristics are related to the overall performance of the fixture.Therefore，in order to make a thorough research on the fixture，determine whether the design is reasonable，this paper using ANSYS finite element analysis software to constructthree-dimensional model with Pro/E，according to the static and dynamic characteristics of machine tool are analyzed and studied.Keywords：ANSYS；machine tool fixture；static and dynamic characteristics 前言：工业化进程的持续加快，带动了我国机械制造业的发展。
基于FEM的机械结构的疲劳与断裂分析概述疲劳与断裂是机械结构中常见的问题，对于确保结构的可靠性和寿命具有重要意义。
有限元方法（FEM）作为一种常用的数值计算方法，被广泛应用于机械结构的疲劳与断裂分析中。
本文将探讨基于FEM的机械结构的疲劳与断裂分析的原理、方法以及相关应用。
一、疲劳分析1.1 疲劳现象疲劳是指材料或结构在连续循环荷载作用下发生的损伤积累现象。
疲劳往往导致结构的断裂失效，因此疲劳分析对于结构的安全性至关重要。
1.2 疲劳寿命预测疲劳寿命预测是疲劳分析的关键内容之一。
基于FEM的疲劳寿命预测方法通常采用局部应力应变法或应力应变群法。
其中，局部应力应变法基于疲劳评估参数（如挠度、应变等）与材料的疲劳性能曲线进行计算，可较为准确地预测结构的疲劳寿命。
应力应变群法则通过定义疲劳损伤累积变量，考虑载荷历程中的变化情况，对结构的疲劳寿命进行长期统计预测。
1.3 疲劳损伤累积分析疲劳损伤累积分析是疲劳分析的重要内容之一。
该分析通过计算材料或结构在循环载荷下的应力应变集中度，并结合疲劳损伤累积准则，评估结构的疲劳寿命。
基于FEM的疲劳损伤累积分析通常采用Rainflow周次计数法，将载荷历程离散化为一系列较小的载荷循环，并通过累积疲劳损伤准则对载荷循环进行评估。
二、断裂分析2.1 断裂准则断裂准则是断裂分析的基础。
常用的断裂准则包括应力强度准则、应变能准则和位移准则等。
应力强度准则是最常用的断裂准则之一，通过比较应力强度与材料的断裂强度来判断结构是否会发生断裂失效。
2.2 基于FEM的断裂分析方法基于FEM的断裂分析方法主要包括线性弹性断裂力学（LEFM）方法和弹塑性断裂力学（EPFM）方法。
LEFM方法适用于刚性断裂问题，通过计算应力强度因子（SIF）来预测结构的断裂失效。
EPFM方法则适用于弹塑性断裂问题，考虑材料塑性变形对断裂扩展行为的影响。
三、相关应用3.1 桥梁结构的疲劳与断裂分析桥梁结构长期受到交通荷载的作用，易发生疲劳与断裂失效。
数控机床主轴静动态特性分析与优化设计数控机床主轴的静动态特性分析与优化设计在机床设计中扮演着重要的角色。
主轴的质量、刚度和动力性能直接影响着数控机床的加工精度和生产效率。
因此，针对数控机床主轴的静动态特性进行分析和优化设计是非常必要的。
首先，对数控机床主轴的静态特性进行分析是基础。
静态特性主要包括主轴的刚度、负载能力和转速范围。
刚度是指主轴在受力时的变形能力，直接影响着机床的切削精度。
负载能力指主轴能够承受的最大切削力或轴向力，取决于主轴的结构和材料。
转速范围则指主轴的最大和最小可工作转速，根据机床加工要求和主轴的功率决定。
其次，对数控机床主轴的动态特性进行分析是优化设计的重要环节。
动态特性主要包括主轴的运行平稳性、动态刚度和各模态的特性频率。
运行平稳性是指主轴在工作状态下的振动情况，对加工表面质量和刀具寿命有重要影响。
动态刚度是指主轴在受力时的变形能力在一定频率下的响应能力。
各模态的特性频率则表征着主轴在不同振动模态下的响应频率和振动幅度。
针对数控机床主轴的静动态特性，可以采取以下优化设计措施。
首先是通过优选材料和适当加工工艺来提高主轴的刚度和负载能力。
其次是采用适当的轴承和润滑方式，减小主轴的摩擦和磨损，提高运行平稳性。
此外，还可以通过调整主轴的结构和参数来提高动态刚度和各模态的特性频率。
例如，增加主轴的直径、改变轴承支撑形式等。
在数控机床主轴静动态特性优化设计过程中，还需要考虑与其他系统和结构的配合，如主轴驱动装置、刀具系统等。
同时，结合实际工艺要求和机床制造能力，进行多种参数的优化设计，以实现最佳的综合性能。
总之，数控机床主轴的静动态特性分析与优化设计是非常重要的工作，直接关系到数控机床的加工质量和生产效率。
通过对主轴材料、结构和参数的优化设计，可以提高数控机床主轴的静态刚度、负载能力和动态性能，进而提高数控机床的加工精度和生产效率。
基于FEM 的单臂塔式起重机模态及谐响应分析*张勤鹏 马思群 王滋昊 于淼航 薛 磊大连交通大学机车车辆工程学院 大连 116028摘 要：塔式起重机是建筑施工领域中的重要起重设备，其工作稳定性与施工安全密切相连。
为了验证塔式起重机结构的稳定性，通过FEM（有限元法）对某型塔式起重机模型的3种典型工况进行静动态特性分析，主要分析其静强度、模态、谐响应等方面。
经过分析，该机静强度满足设计要求，振幅位移最大处主要位于起重臂和平衡臂的端部。
通过模态分析可知该机固有频率较低，各阶频率相差不大，且在某些频率下与塔机易发生共振。
因此，应加强起重臂和平衡臂端部的强度和刚度，并在塔式起重机工作过程中应避免共振频率，以免发生共振导致安全事故。
关键词：塔式起重机；静强度；模态；谐响应；分析中图分类号：TH213.3 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）07-0046-06Abstract: In the field of construction, tower crane is an important lifting equipment, and its working stability is closely relatedto construction safety. To verify the structural stability of tower crane, static and dynamic characteristics of three typical working conditions of a tower crane model are analyzed by FEM (finite element method), mainly including its static strength, mode and harmonic response. According to analysis, the static strength of the machine meets the design requirements, and the maximum amplitude displacement mainly occurs at the ends of the lifting boom and the balance boom. Through modal analysis, it can be seen that the natural frequency of the machine is relatively low, the frequencies of different orders are not different, and under certain frequencies, it is easy to resonate with tower crane. Therefore, the strength and rigidity of the lifting boom and the end of the balancing boom should be strengthened, and the resonance frequency should be avoided in the working process of the tower crane, so as not to cause safety accidents.Keywords: tower crane; static strength; mode; harmonic response; analysis0 引言随着高层建筑施工在我国基建项目中的占比愈来愈大，塔式起重机（以下简称塔机）的使用频率和范围也随之大幅提升[1]。
摘要高速电主轴作为高速数控机床的核心部件，是将高频电机的转子热压在机床主轴上，输出端直接与刀具或工件连接在一起的一种“零传动”机构。
因此，它不仅具有电机多变量、非线性、强耦合的电磁特性，而且具有高速机床主轴转矩响应快、转矩平稳、抗扰动性能高的特点。
当高速电主轴处在不同的控制方式下时，主轴转矩的动态输出性能不仅直接影响主轴加工工件的几何形状和表面粗糙度，更是高速加工时系统振动、噪声以及温升的源泉，是高速数控机床整体性能的直接体现，同时也是高速数控机床设计、制造及控制共同关心的一个重要指标。
本文以数控机床高速电主轴为研究对象，建立了电主轴系统三维有限元模型，采用弹性支承模拟了轴承的支承，利用新一代的有限元分析软件ANSYS Workbench 对数控机床高速电主轴进行了静力学分析和模态分析。
分析结果表明: 数控机床高速电主轴的静刚度能够满足要求; 数控机床高速电主轴的最高工作转速远远低于其一阶临界转速，能有效避免共振的发生。
从而验证了该数控机床高速电主轴设计的合理性，也为数控机床高速电主轴的优化设计以及力热耦合特性分析奠定了基础。
关键词：数控机床，高速电主轴，ANSYS Workbench，动态性能，静态性能AbstractHigh-speed motorized spindle, as the core component of high-speed CNC machine tool, is a kind of "zero drive" mechanism that hot-presses the rotor of high-frequency motor on the spindle of machine tool and directly connects the output end with the cutter or workpiece. Therefore, it not only has the electromagnetic characteristics of multi-variable, nonlinear, strong coupling of the motor, but also has the characteristics of high-speed machine spindle torque response, torque stability, high anti-disturbance performance. When high speed motorized spindle are under different control modes, the dynamic output shaft torque performance not only directly affect the spindle machining geometrical shape and surface roughness of workpiece, but also the high speed machining system is the source of vibration, noise and temperature rise, high speed nc machine tools is the direct embodiment of the overall performance, and high speed CNC machine tool design, manufacturing and control an important index of common concern.This paper takes the high-speed motorized spindle of CNC machine tool as the research object, establishes the three-dimensional finite element model of the motorized spindle system, simulates the bearing support with elastic support, and conducts static analysis and modal analysis on the high-speed motorized spindle of CNC machine tool with the new-generation finite element analysis software ANSYS Workbench. The results show that the static stiffness of high-speed motorized spindle can meet the requirements. The maximum working speed of high-speed motorized spindle of CNC machine tool is far lower than the first critical speed, which can effectively avoid resonance. Thus, the rationality of the design of high-speed motorized spindle for CNC machine tool is verified, and the foundation is laid for the optimization design of high-speed motorized spindle for CNC machine tool and the analysis of the coupling characteristics of force and heat.Keywords:CNC machine tool, High-speed motorized spindle, ANSYS Workbench, Dynamic performance, Static performance目录1 绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究意义 (2)1.3 研究现状 (3)1.3.1 高速电主轴的热性能研究 (3)1.3.2 高速电主轴的应用现状 (4)1.3.3 高速电主轴的静动态性能研究 (4)2 电主轴主要结构及其有限元模型的建立 (5)1.1 电主轴主要结构及主轴主要参数 (5)1.2 电主轴有限元模型的建立 (6)3 电主轴静力学分析 (8)3.1 典型受力条件下的主轴受力计算 (8)3.1.1 高速铣削加工时作用在数控机床高速电主轴上的平均圆周切削力Fcav∑ (8)3.1.2 作用于主轴的径向力Fr (9)3.2 电主轴单元静力分析(加载、约束与求解) (9)4 电主轴模态分析 (10)5 结论和展望 (12)5.1 结论 (12)5.2 展望 (12)参考文献 (13)1 绪论数控机床高速电主轴作为现代高速加工技术的核心部件之一，广泛应用于各种数控加工中心和高性能的机床主轴上，具有多变量、非线性、强耦合的特点，其内部的电磁转换与主轴动态输出性能之间存在着非常复杂的相互依存关系。
FEM（Finite Element Method，有限元方法）是一种工程分析方法，用于求解结构的应力、变形和振动等问题。
在起重机领域，FEM标准指的是使用有限元方法进行起重机设计和分析的相关标准。
具体而言，起重机的FEM分析通常包括以下几个方面：1.结构强度和刚度分析：通过建立起重机的有限元模型，计算各部件的应力、应变以及整体刚度，以评估起重机的结构强度和刚性。
2.动力学分析：通过模拟起重机的运动过程，计算其受力情况和振动特性。
这可以用于评估起重机的稳定性、动态响应以及控制系统的设计。
3.疲劳寿命评估：通过考虑起重机在长期使用中的循环载荷和应力，进行疲劳寿命评估，以确定关键部件的使用寿命和维护周期。
在起重机FEM分析中，常用的标准包括但不限于以下几个：1.ISO 4309:2017 "Cranes - Wire ropes - Care and maintenance, inspection and discard"2.ISO 12488-1:2011 "Cranes - Safe use - General design - Part 1: General principlesand requirements"3.ISO 12482-2:2014 "Cranes - Safety - Requirements for jib cranes"4.EN 13001-1:2015 "Cranes - General design - Part 1: General principles andrequirements"这些标准提供了起重机设计和分析所需的指导和规范，确保起重机的安全、可靠和高效运行。
请注意，具体应使用哪些标准可能会根据地区和特定项目的要求而有所不同，建议咨询相关领域的专业人士以获取最新的标准信息。
基于有限元方法的切削加工过程动态物理仿真关键技术研究的开题报告一、选题背景当前，随着制造业的发展和对质量、效率的要求不断提高，高效、精准的切削加工技术越来越受到关注。
而动态物理仿真技术已被广泛应用于切削加工的研究和设计中，以提高加工质量和减少成本和时间。
有限元方法（FEM）作为一种常用的数值分析方法，可以用于计算和分析复杂的材料和结构的力学问题。
因此，在通过FEM进行切削加工过程动态物理仿真中，有关键技术需要研究和优化。
二、研究目的本论文主要研究基于有限元方法的切削加工过程动态物理仿真关键技术，旨在提高切削加工过程的稳定性和精度，并优化加工质量和减少成本和时间。
三、研究内容1. 切削加工过程物理仿真的基本原理和方法：介绍切削加工过程的基本原理和流程，并重点介绍有限元法的基本原理和计算方法，以及切削力模型和精度模型的建立和仿真技术。
2. 切削工具及材料力学特性分析：研究已有的人工研磨的工具和商业购买的先进工具的不同力学特性，建立适用于不同工具和材料的力学模型。
并通过实验评估和仿真分析进行验证和调整。
3. 切削加工过程动态物理仿真的算法研究与设计：通过有限元方法对切割过程进行动态仿真，建立精细的切割模型和相应的算法模型，模拟切削力、切削温度、材料去除率、表面粗糙度等关键指标的动态变化，以实现准确的仿真效果。
4. 实验研究与数据分析：通过实验研究，对动态物理仿真的技术进行验证和评估，并对仿真结果进行数据分析和处理，以确定动态仿真的准确度和可靠性。
四、研究意义本论文主要对基于有限元方法的切削加工过程动态物理仿真关键技术进行深入研究，可以帮助实现切削加工过程的模拟和优化，减少包括材料、时间和人力在内的成本，同时提高加工质量和效率，为制造业的繁荣和发展做出贡献。
基于FEM的数控机床结构部件静动态设计*张宪栋1,徐燕申1,林汉元2(1.天津大学AC P&M T教育部重点实验室,天津300072;2.天津第一机床厂,天津300180)摘要:讨论了应用有限元方法(FEM)进行数控机床结构部件静动态设计的原理,叙述了模型简化方法及单元类型的选择。
并以龙门式加工中心的滑枕为例进行分析,研究了滑枕的静动态特性,并对滑枕的结构进行改进。
关键词:有限元;A NSY S;加工中心;滑枕;静动态分析中图分类号:T G502;T H122文献标识码:A文章编号:1001-2354(2005)05-0046-03数控机床的主机结构包括床身、滑枕、立柱、工作台等机械部分。
而整台数控机床加工精度和加工效率在很大程度上取决于这些部件设计的静动态刚度。
因此,在设计过程中必须对这些部件进行静、动刚度、抗振性分析及拓扑优化等,以提高整台机床的性能。
文中借助大型有限元分析软件A N SYS,以龙门式加工中心为例,对其进行有限元静动态分析,得出了各阶振型图和应变分布云图。
通过分析结果数据,能很清楚地了解原结构设计中存在的问题及结构薄弱环节,并在此基础上对机床的结构进行改进。
1结构静动态的设计原理目前,机械的静态设计主要是控制机械在静载荷下的强度和刚度,以保证机械的变形精度和不发生破坏。
结构静态分析的主要任务是校核结构的应力、应变及总变形是否符合要求。
而对于机床结构,其动刚度与结构有很大关系。
各阶固有频率与结构系统单位质量的刚度平方根成正比[1],固有频率高,说明单位质量的刚度高,可作为结构动态设计的一个优化目标。
2模型简化在A NSY S中,分析时一般不直接用原来完整的CA D模型来完成建模。
首先,由于加工、装配等工艺需要,机床结构有很多细小的结构特征,如装配工艺孔、过渡圆角等。
这些特征大多尺寸很小,如果进行精确建模,将使分析计算时单元尺寸过小、数目增多,耗费大量的计算时间。
由于这些特征对结构整体的性能影响很小,因此,建模时进行简化或加以忽略。
其次,对于无偏载的(中公或轴)对称结构,可以取其一部分进行分析,如对轴对称结构可取其1/2或1/4来进行建模,以减少计算量[2]。
再次,文中所针对的分析对象)))龙门式加工中心的结构有板结构较多,存在很大空腔的特点。
通过简化处理,全部用面来构造有限元软件中的机床模型。
因此,在单元类型的选择上需要选用板单元Elastic Shell(shell63)[3]。
这样,划分单元时,单元的数量比用体积建立的模型要少很多,大大地缩短了计算时间,降低了计算机的计算强度。
3静刚度计算以龙门式加工中心的滑枕为例来进行说明。
对于滑枕,其结构一般是主机系统最薄弱的环节,距加工工件较近,动静刚度的好坏直接影响切削性能。
其所受载荷主要是加工中心工作时下面刀杆传递的切削力。
考虑到最恶劣的工况条件,分别给滑枕底部施加x,y,z3个方向12kN的力。
滑枕沿导轨面上下滑动来调节刀具和工件的相对位置,因此,对滑枕的约束为滑枕上部与横梁接触的导轨面上x,y,z3个方向的约束,滑枕上载荷和约束如图1所示。
图1滑枕的载荷与约束4动态分析在这里,动态分析是指对被分析的部件在自由状态下或在一定的约束下的模态分析,确定机床多个低阶固有频率及相关振型。
在A NSY S模态分析中计算,模态提取方法选用精度较高的子空间法(subspace)。
提取前三阶模态数据进行分析。
第22卷第5期2005年5月机械设计JO U RN A L O F M ACH IN E D ESIG NV ol.22N o.5M ay2005*收稿日期:2004-07-12;修订日期:2004-11-03基金项目:国家自然科学基金资助项目(50275105)作者简介:张宪栋(1980-),男,河北南宫人,硕士研究生,主要研究方向:机械制造及其自动化。
5 实例研究以龙门式加工中心的滑枕为例进行静动态分析,并由分析结果对滑枕的结构改进。
滑枕的材料属性:材料:铸铁;杨氏模量:1.45@1011Pa;泊松比:0.25;密度:7.250@103kg/m 3。
原结构在A N SY S 中建立模型如图2所示。
图2 滑枕模型图5.1 对滑枕结构静动态特性的研究5.1.1 静态分析结果滑枕在图1中所示的载荷约束下各个方向的变形及综合最大变形量见表1。
表1 原型在各个方向的最大变形量方向变形量/L m综合变形94.7x 方向42.2y 方向85.0z 方向25.2变形云图如图3~图6所示。
图3 综合变形 图4 x 方向变形图5 y 方向变形 图6 z 方向变形为了探索一些模型结构参数对模型静动态特性的影响,在某一定范围内取一系列数值作有限元计算,比较其计算结果。
如取滑枕y 方向厚度为360mm 和400mm 两种情况,滑枕外壁和z 向纵筋板厚度从20mm 到40mm(增幅为5mm)进行计算。
表2、表3分别显示了不同壁厚滑枕x ,y ,z 方向及综合最大变形和滑枕质量的变化情况。
图7则显示出滑枕随壁厚变化各个方向变形量的变化趋势。
表2 y 方向厚度为360mm 的滑枕不同厚度时最大变形量和质量壁厚/mm最大变形/L m综合变形x 方向y 方向z 方向质量/kg 2012153.710931.6938.172598.344.288.125.51074.523082.537.873.821.41213.8357132.863.418.41353.14062.32955.516.11492.39图例中SU M 为综合最大变形,x ,y ,z 分别为x ,y,z 方向的最大变形,括号内360、400分别为滑枕y 向厚度为360mm 、400mm 时的情况(与图8相同)。
表3 厚度为400mm 的滑枕不同厚度时最大变形量和质量壁厚/mm最大变形/L m 综合变形x 方向y 方向z 方向质量/kg 2010554.69028.4997.32584.744.872.522.91145.863071.138.160.719.11294.413561.233.152.116.51442.974053.629.345.614.41591.52图7 滑枕变形随壁厚变化图图8 滑枕质量随壁厚的变化图由图可见,外壁和z 向纵筋板的厚度变化对滑枕y 方向变形影响很大,质量基本保持着线性增长。
不同的y 向厚度使得y 向变形有着明显的变化,但对x 、z 方向变形影响不大。
5.1.2 动态分析结果滑枕(y 方向厚度为360mm)在自由状态下前三阶模态振型下固有频率见表4。
表4 原模型前三阶模态固有频率阶数固有频率/Hz 振型1阶249.95y 向弯曲2阶302.68x 向弯曲3阶319.50z 向扭转图9~图11为滑枕前三阶振型图。
图9 1阶振型 图10 2阶振型图11 3阶振型不同的壁厚下固有频率的变化见表5。
当滑枕Y 向厚度为400mm 时,不同的壁厚下固有频率见472005年5月张宪栋,等:基于FEM 的数控机床结构部件静动态设计表6。
由表5、6及图12可见,外壁及z 向筋板厚度变大时,滑枕的低阶固有频率都有所提高。
y 向厚度的变化,对第一阶模态的固有频率影响很大。
5.2 改进方案由上面对原型模型的计算结果,y 向厚度不同时不同壁厚下滑枕变形量和固有频率的变化规律,综合考虑企业的加工设备、机床加工精度和加工效率,提出对滑枕的一个改进方案:将滑枕厚度由原来的360mm 加厚到380mm;将下部第二个大孔的高度由原来的220mm 减小至120mm;去除一个横筋板,调节滑枕上端的筋板的间距;壁厚仍保持25mm;中间结构也作了少许改进。
模型如图13所示。
表5 y 向厚度为360mm 滑枕固有频率随壁厚的变化阶数壁厚m 1阶2阶3阶20244.27307.5361.8725254.65316370.6130262.12323.17377.4135267.94328.57382.9940272.61333.02387.81表6 y 向厚度为400mm 滑枕固有频率随壁厚的变化阶数壁厚m1阶2阶3阶20264.13302.13364.8125275.15311.3337430283.36318.24381.0435289.73323.79386.7940294.83328.21391.74图12 固有频率随壁厚变化图图13 改进方案模型在同样的载荷和约束下,计算结果与原来模型的数据比较,如表7所示。
表7 改进方案与原方案静态分析结果比较改进方案原来的模型最大变形量/L m综合变形82.9694.7x 方向42.7342.2y 方向71.7485.0z 方向22.225.2质量/kg1107.51053.05自由状态下前3阶模态固有频率的变化情况如表8所示。
6 结论滑枕壁厚对滑枕的静动态特性影响很大,随着壁厚的加大,滑枕的综合静变形减小,低阶的固有频率也有所提高,滑枕的质量也相应增加。
加大滑枕y 向厚度对x ,z 方向的静变形没有明显的提高,但综合静变形与y 方向变形明显改善;第1阶固有频率提高的较多。
因此对龙门式加工中心的滑枕的结构进行改进时应适当考虑加大壁厚和滑枕厚度,改善结构的静动刚度。
表8 改进方案与原方案低阶固有频率比较阶数改进方案原来的模型振型1阶272.41249.95y 向弯曲2阶304.34302.68x 向弯曲3阶333.39319.50z 向扭转参考文献[1] 徐燕申,张学玲.基于FEM 的机械结构静、动态性能优化设计[J].西南交通大学学报,2003(10):517-520.[2] 徐燕申,张学玲.广义模块化设计中模块C AD 模型与有限元模型的数据交换[J ].机械动力学专集,2003增刊:119-121.[3] 徐燕申.机械动态设计[M ].北京:机械工业出版社,1991.Static and dynamic design on structural components of NC m achine tools based on FEMZHANG Xian -dong 1,XU Yan -shen 1,LIN Han -yuan 2(1.K ey L abo rato ry for A dv anced Cer amics processing and M achining T echnolog y of Educational M inistr y,T ianjin U n-iv ersity ,T ianjin 300072,China; 2.T ianjin T he f irst M achine T oo l W orks,T ianjin 300180,China)Abstract:Pr inciples fo r carr ying o ut the static and dynamic desig n,by the use o f finite element method,on st ruct ur al com -ponents o f N C machine too ls wer e discussed,the simplification met ho d o f model and the selection o f unit ty pe w ere descr ibed.T aking the r am o f a g antry typed machining center as an ex am -ple car ried out an analysis;the static and dynamic char act eris -tics of r am wer e studied,and an improv ement o n the st ruct ur e of ram w as conducted.Key words:finite element;ansys;machining center;ram;stat ic and dynamic analysisFig 13T ab 8R ef 3/Jix ie Sheji 0450348机 械 设 计第22卷第5期。
