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基于ANSYS-Workbench某机床滑枕的有限元分析

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e 题 目 基于Ansys-Workbench某机床滑枕有限元分析

学生姓名 ee 学号 ee 所在学院 机械工程学院 专业班级 ee 指导教师 __ ee ____ __ 完成地点 校 内 __

2009 年 月 日 ee 基于Ansys-Workbench某机床滑枕有限元分析 ee （ee） 指导老师：ee [摘要]滑枕广泛应用于各类机床中，滑枕的静动态特性直接影响整个机床的刚度、加工性能和产品质量。该课题所研究的滑枕属于预研机床的滑枕，利用有限元方法分析滑枕在伸出最大时所产生的挠度，并通过计算得出拉杆应提供的力进行拉伸补偿，来减小挠度。首先通过CATIA（CATIA是法国达索飞机公司开发的高档CAD/CAM软件，以其强大的曲面设计功能而在飞机、汽车、轮船等设计领域享有很高的声誉。）软件进行机床滑枕的三维模型设计，再通过Ansys-Workbench（Workbench是ANSYS公司提出的协同仿真环境，解决企业产品研发过程中CAE软件的异构问题。）软件对该机床滑枕进行修正前和修正后的有限元分析，从而获得机床滑枕设计时的技术参数。 [关键词]滑枕；挠度；补偿；CATIA；Ansys-Workbench ee Finite element analysis of tool ram with ANSYS- Workbench

ee (ee) Tutor: ee

Abstract: Ram is widely used in various types of machine tools, Static and dynamic characteristics of the ram directly affect the stiffness of the whole machine, processing performance and product quality. Ram belongs to the subject being studied ram pre-research machine, using the finite element method in the extended ram maximum deflection generated through rod calculated tensile force should be provided compensation to reduce deflection .First, the mathematical model of the machine ram through the CATIA （CATIA is Dassault aircraft company to develop high-end CAD / CAM software, with its powerful surfacing capabilities in aircraft, automobiles, ships and other design enjoys a high reputation）software, finite element analysis and then amended and corrected before by Ansys-Workbench （ANSYS Workbench simulation environment is a collaborative company proposed to solve the problem of heterogeneous enterprise product development process CAE software.）software for the machine ram. To obtain the technical parameters of the machine ram design. Keywords: Ram；Deflection；Compensate；CATIA；Ansys-Workbenchee I 目 录 目 录............................................................................................................................. I 1.绪论 ............................................................................................................................ 1 1.1课题研究的目的和意义 ................................................................................. 1 1.2国内外研究现状与分析 ................................................................................. 1 1.3课题研究的主要内容 ..................................................................................... 3 1.3.1总体方案及设计过程 .......................................................................... 4 2.滑枕的建模过程 ...................................................................... 错误！未定义书签。 2.1导轨 ............................................................................... 错误！未定义书签。 2.1.1导轨的简介 ........................................................ 错误！未定义书签。 2.1.2导轨的三维模型的建立 .................................... 错误！未定义书签。 2.2滑块 ............................................................................... 错误！未定义书签。 2.2.1滑块的简介 ........................................................ 错误！未定义书签。 2.2.2滑块三维模型的建立 ........................................ 错误！未定义书签。 2.3拉杆 ............................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.1拉杆三维模型的建立 ........................................ 错误！未定义书签。 2.4滑枕 ............................................................................... 错误！未定义书签。 2.4.1滑枕的简介 ........................................................ 错误！未定义书签。 2.4.2滑枕三维模型的建立 ........................................ 错误！未定义书签。 2.5滑枕的装配过程 ........................................................... 错误！未定义书签。 2.5.1滑块与导轨的装配 ............................................ 错误！未定义书签。 2.5.2装配整个滑枕的步骤 ........................................ 错误！未定义书签。 3．滑枕的有限元分析 ............................................................... 错误！未定义书签。 3.1workbench对滑枕进行分析 ......................................... 错误！未定义书签。 3.1.1对模型的处理 .................................................... 错误！未定义书签。 3.1.2对模型施加载荷 ................................................ 错误！未定义书签。 ee II 3.1.3对模型进行有限元分析 .................................... 错误！未定义书签。 3．2有限元分析的结果 .................................................... 错误！未定义书签。 4.补偿机构的设计 ...................................................................... 错误！未定义书签。 4.1有限元分析的结果分析 ............................................... 错误！未定义书签。 4.2补偿机构的设计 ........................................................... 错误！未定义书签。 4.3补偿机构的特点 ........................................................... 错误！未定义书签。 5.补偿之后的有限元分析及结论 .............................................. 错误！未定义书签。 5.1补偿之后的有限元分析 ............................................... 错误！未定义书签。 5.2结论 ............................................................................... 错误！未定义书签。 5.3 补偿方法的发展 .......................................................... 错误！未定义书签。 6.机床滑枕的模态分析 .............................................................. 错误！未定义书签。 致谢词.......................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ............................................................................ 错误！未定义书签。

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基于ANSYS-Workbench的模块化绞车有限元模态分析

基于ANSYS-Workbench的模块化绞车有限元模态分析

基于ANSYS-Workbench的模块化绞车有限元模态分析于强【摘要】Based on the real size of marine seismic modular winch,the three-dimensional modal in Solidworks was con-structed,then the modal was imported to the finite element software ANSYS Workbench.After defining material and mesh,researchers carried out modal analysis of the modular winch.The results showed:the former six natural frequency was focused on 10~40,Hz,and the maximal deformation appeared in the top cross beam and the rim of wheel hub.The paper provides a reliable theoretical basis for the design and has a directional guidance significance to the optimization ofthe structure of the modular winch.%针对海洋地震拖缆模块化绞车，基于Solidworks完成绞车框架及卷筒三维实体模型的建立，并将模型导入有限元分析软件 ANSYY-Workbench，在完成对绞车材料的定义并划分网格后对其进行模态分析。

通过计算得出模块化绞车的前六阶固有频率集中在10～40,Hz，绞车滚筒与其液压马达的工作不会与其产生共振，通过对其振型的分析得出振动形变较大区域为框架顶端横梁部分及绞车轮毂边缘，计算结果为绞车的设计提供了可靠的理论依据，且对结构的优化提出了方向性建议。

基于Workbench的慢走丝线切割机床整机模态分析

基于Workbench的慢走丝线切割机床整机模态分析

基于Workbench的慢走丝线切割机床整机模态分析发布时间：2023-06-20T06:06:41.640Z 来源：《教育学》2023年4月总第318期作者：马同民黄润卿裴玺祥[导读] 本文使用三维绘图软件SOLIDWORKS进行AW1100慢走丝线切割机床的整机建模。

该机床主要由底座、床身、立柱、工作台、滑枕、Z向溜板、上丝臂等组成，其中床身由三部分组成，立柱由两部分组成，除导轨结合部外，其余结合部均使用螺栓连接，并使用9个圆形底座进行支撑。

济南市技师学院山东济南250100本文选用某公司生产的AW1100慢走丝线切割机床进行整机模态分析，该慢走丝线切割机床没有主轴系统，所需简化的部件少，研究效果较好。

一、AW1100整机建模本文使用三维绘图软件SOLIDWORKS进行AW1100慢走丝线切割机床的整机建模。

该机床主要由底座、床身、立柱、工作台、滑枕、Z 向溜板、上丝臂等组成，其中床身由三部分组成，立柱由两部分组成，除导轨结合部外，其余结合部均使用螺栓连接，并使用9个圆形底座进行支撑。

整机共有五组滚动直线导轨，每组导轨由两根轨道四个滑块组成，Y向导轨处于工作台与床身前部之间，轨道与床身前部连接，滑块与工作台相连接，X向导轨处于立柱与床身后部之间，U向导轨处于滑枕与立柱之间，Z向导轨处于Z向溜板与X向溜板之间，V向导轨处于上丝臂与X向溜板之间。

二、导轨结合部处理与整机模态分析1.模型导入。

workbench有限元分析软件获得分析模型的方式有两种：一种是在workbench提供的模型绘制模块进行绘制，另一种是直接从外部进行导入，本文将SOLIDWORKS软件绘制的三维模型以IGES格式进行导入。

2.材料属性输入。

本文使用的慢走丝线切割机床本体所用的材料为灰铸铁，将灰铸铁相应材料属性输入workbench前处理模块。

3.导轨结合部处理。

使用workbench提供的bonded选项处理栓接结合部，使用弹簧单元模拟导轨结合部，其中两个相互垂直的弹簧用来模拟导轨结合部的法向与切向刚度。

基于Ansys Workbench的齿轮副有限元分析

基于Ansys Workbench的齿轮副有限元分析

针齿中心圆半径r p根据经验公式：式中，前面系数取则，取。

④齿宽=150mm，前面系数取0.11偏心距，短幅系数，针齿半径rp=6.97mm，取r rp=7mm因，则最小曲率半径：计算得到，则，顶切。

⑧针径系数，计算得到K针齿销跨度L=3.5b c，计算得到齿面接触强度校核最大载荷，计算得到齿面接触强度计算。

根据赫兹公式，齿面接触应力按下式计算：1）当量弹性模量E e：摆线轮的弹性模量E1和针齿的弹性模量的弹性模量，故。

2）当量曲率半径ρei，得：令，，则：，且，故：3）任意瞬间针齿与摆线轮接触点的法向压力综上可得：令，Y1随K1、K2、z c以及接触的位置θbi不同而变化，当K1、K2、z c一定时，必有某个=θk使Y1达到最大值Y1max：则：根据插值法取Y1max=1.95。

代入数图3箱体图4装配体内部结构图1行星轮图2摆线轮4齿轮副有限元分析针对风电变桨减速器结构，对代表性的齿轮副进行了有限元模型的建立和分析，其中包括一对外啮合齿轮副、摆线轮与针齿接触副。

4.1外啮合齿轮副建立外啮合齿轮副的实体模型，并导入ANSYS中，应用Swept Meshing（扫掠法）进行网格划分，网格模型共计25140个单元，29010个节点，外啮合齿轮副有限元模型如图5所示。

图5外啮合齿轮副网格图外啮合齿轮副计算模型边界条件为：主动轮z1施加扭矩载荷，径向和轴向施加零位移约束，可绕中心线转动；动轮z2的切向、径向和轴向均施加零位移约束，边界条件如图6所示。

图6外啮合齿轮副边界条件4.2摆线轮与针齿接触副将建立的实体模型导入ANSYS Workbench中，建立摆线轮与针齿接触副有限元模型，应用Hex Dominat行网格划分，共计116254个单元，455334个节点，网格模型如图7所示。

图7摆线针齿网格图摆线轮与针齿接触副有限元模型分析边界条件为：齿外圈切向、径向和轴向均施加零位移约束；分布的轴承孔面径向和轴向施加零位移约束，所示。

基于ANSYS Workbench的滑环座结构优化设计

基于ANSYS Workbench的滑环座结构优化设计

doi:10.16576/ki.1007-4414.2016.02.045基于ANSYS Workbench 的滑环座结构优化设计∗谭㊀亮,仇超武,邓方林(江苏中车电机有限公司,江苏大丰㊀224100)摘㊀要:建立滑环座有限元初始模型,基于ANSYS Workbench 对其进行静强度分析㊂根据分析结果和滑环座设计要求修改模型,使静强度分析结果满足设计要求,达到滑环座结构优化设计的目的㊂关键词:滑环座;静强度分析;优化设计中图分类号:TK83㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:1007-4414(2016)02-0132-03Optimization Design for the Structure of Slip Ring Seat Based on ANSYS WorkbenchTAN㊀Liang ,QIU Chao -wu ,DENG Fang -lin(Jiangsu CRRC Electric Co.,Ltd ,Dafeng Jiangsu㊀224100,China )Abstract :This paper establishes the initial finite element model of slip ring seat ,and static strength analysis of the model is performed based on ANSYS Workbench.The initial model is modified according to the analysis results and the design require-ments of slip ring seat.The static strength analysis results just meet the design requirements of slip ring seat ,so the structure optimum design of slip ring seat will be achieved.Key words :slip ring seat ;static strength analysis ;optimization design0㊀引㊀言2007年以来,双馈风力发电机组在国内各风场得到广泛装机,双馈风力发电机组已具备8年以上并网运行业绩㊂随着双馈风力发电机装机量不断增大,其整机质量好坏直接影响着风力发电机组是否能安全㊁可靠的运行[1]㊂滑环座为双馈风力发电机的重要部件之一,其起着支撑㊁保护㊁作为滑环系统的通风结构等多种作用㊂滑环座变形过大会使电刷与滑环之间接触不良,引起电刷偏磨㊁滑环打火等滑环系统故障㊂另外,滑环座变形过大还会对安装在其上的磁式转速编码器造成严重影响,导致编码器的磁头与磁环相互刮擦,使编码器脉冲信号丢失,甚至导致风力发电机组因编码器故障而停机㊂因此滑环座结构在设计过程中进行静强度分析必不可少,校核滑环座结构受力和变形是否在设计要求允许的范围之内㊂同时也可以根据分析结果和设计要求优化滑环座结构模型,这对主动提升风力发电机产品质量与降低产品故障率都具有积极的意义㊂作为业界最领先的工程仿真技术集成平台,ANSYS Workbench 具有强大的结构㊁电磁㊁热㊁流体及其相互耦合分析的功能,其全新的项目视图(Project Schematic View)功能,可将整个仿真流程更加紧密地组合在一起,通过简单的拖曳操作即可完成复杂的多物理场分析流程[2]㊂笔者建立滑环座有限元初始模型,模拟在不同工况下对滑环座结构进行静强度分析㊂根据分析结果和设计要求对滑环座结构模型进行修改,再进行静强度分析和对比,使之满足滑环座设计要求,从而达到滑环座结构优化设计的目的㊂1㊀滑环座有限元初始模型滑环座主要由固定盘㊁筒体和接线盒组成的装配部件,如图1所示㊂其中,固定盘的主要作用固定和支撑滑环的刷架系统,固定盘上还加工了转速编码器的安装止口;筒体为空心薄壁圆柱体,其上挖出一个用于方便维护滑环系统的弧形大槽口,其他零部件如接线盒底座㊁导风连接座㊁大法兰和小法兰焊接在筒体上;初始模型的接线盒上装有避雷箱结构㊂滑环座结构的材料为碳素结构钢Q235,筒体初始厚度为5mm,弹性模量E =2ˑ1011Pa,泊松比μ=0.3,密度为7850kg /m 3㊂图1㊀滑环座结构模型㊀㊀在ANSYS Workbench 的Project Schematic 中建立静态结构(static structural)分析项,导入滑环座结构初始几何模型,定义材料属性为结构钢,自动划分㊃231㊃设计与制造㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2016年第2期(第29卷,总第142期)㊃机械研究与应用㊃∗收稿日期:2016-03-10作者简介:谭㊀亮(1987-),男,湖南株洲人,硕士研究生,主要从事风力发电机研发工作㊂网格,网格单元数为910721,节点数为2125997,网格单元质量Average Element Quality=0.82,网格质量良好㊂滑环座大法兰与发电机非轴伸侧端盖的配合面设为固定约束(Fixed Support),载荷条件根据滑环座实际运行工况进行加载,分别为滑环座在自重㊁模型Y轴负向10g惯性载荷㊁模型X轴负向10g惯性载荷㊁模型Y轴正向10g惯性载荷与X轴负向10g 惯性载荷合成㊁模型Y轴负向10g惯性载荷与X轴负向10g惯性载荷合成㊁模型X轴正向10g惯性载荷㊁模型Y轴正向10g惯性载荷与X轴正向10g惯性载荷合成㊁模型Y轴负向10g惯性载荷与X轴正向10g惯性载荷合成㊂需要注意的是10g为发电机在运行中出现的最大惯性载荷㊂计算滑环座结构初始模型在上述8种工况下的静强度,每种工况均建立等效应力(Equivalent)和总变形(Total Deformation)求解项㊂2㊀静强度分析在滑环座结构设计中,主要关注滑环座所受的最大应力(要求ɤQ235屈服值的80%)和固定盘上转速编码器安装止口处的变形量(要求ɤ0.5mm)㊂至于其他非装配处(如导风连接座边缘等)的变形对发电机的运行影响较小㊂笔者仅给出滑环座在最 恶劣 工况下所受的应力云图和固定盘上转速编码器安装止口处的变形云图,见图2和图3㊂ANSYS Workbench求解后的计算结果见表1㊂表1㊀滑环座在不同工况下的受力和变形工况序号载㊀荷最大应力(MPa)编码器安装止口变形量(mm)1自重7.590.0175 2Y轴负向10g惯性载荷68.300.1573X轴负向10g惯性载荷143.950.1574Y轴正向10g惯性载荷与X轴负向10g惯性载荷合成216.660.3125Y轴负向10g惯性载荷与X轴负向10g惯性载荷合成135.950.1166X轴正向10g惯性载荷140.570.1347Y轴正向10g惯性载荷与X轴正向10g惯性载荷合成134.820.1368Y轴负向10g惯性载荷与X轴正向10g惯性载荷合成202.090.275由表1可知,滑环座在工况4下受到最大应力216.66MPa,约为碳素结构钢Q235屈服值的92. 2%,因此滑环座初始模型所受的最大应力不符合设计要求的ɤQ235屈服值的80%㊂同样在工况4下,固定盘上转速编码器安装止口处变形量最大,为0.312mm,虽然该值在设计要求内(ɤ0.5mm),但是相对于转速编码器内磁头与磁环的安装间隙以及尺寸链中其他装配公差的影响,工况4下转速编码器安装止口处变形量偏大㊂图2㊀工况4下滑环座结构㊀图3㊀工况4下滑环座结应力分布云图构变形分布云图3㊀模型优化后的静强度分析考虑到风力发电机产品运行环境相当恶劣及其对高可靠性的要求,上述滑环座结构初始模型所受的最大应力以及在固定盘上转速编码器安装止口处的变形都偏大,故需对滑环座结构初始模型进行优化㊂因为筒体起着承载滑环座其他零部件的作用,所以滑环座结构的静强度主要取决于筒体的刚度㊂根据滑环座结构的设计经验,筒体初始厚度5mm偏薄,因此将滑环座结构模型中筒体厚度由5mm增加到8 mm㊂另外,依据风力发电机组客户对机组控制系统的优化,可将接线盒上的避雷器部件取消,因此优化后的滑环座模型见图4㊂经过优化后的滑环座模型仍在表1所述的8种工况下进行静强度校核,其分析结果见表2㊂表2㊀优化后的滑环座模型在不同工况下的受力和变形工况序号载㊀荷最大应力(MPa)编码器安装止口变形量(mm)1自重7.030.0146 2Y轴负向10g惯性载荷63.250.133X轴负向10g惯性载荷76.940.0764Y轴正向10g惯性载荷与X轴负向10g惯性载荷合成143.540.2055Y轴负向10g惯性载荷与X轴负向10g惯性载荷合成80.590.1086X轴正向10g惯性载荷65.810.0613 7Y轴正向10g惯性载荷与X轴正向10g惯性载荷合成94.640.1358Y轴负向10g惯性载荷与X轴正向10g惯性载荷合成130.190.174仅给出滑环座在最 恶劣 工况下所受的应力云图和固定盘上转速编码器安装止口处的变形云图,见图5㊁6㊂㊃331㊃㊃机械研究与应用㊃2016年第2期(第29卷,总第142期)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀设计与制造图4㊀优化后的滑环座模型图5㊀优化后的滑环座模型㊀㊀图6㊀优化后的滑环座模型应力分布云图变形分布云图㊀㊀对比表2和表1可知,相同工况下优化后的滑环座模型在最大应力和固定盘上转速编码器安装止口处变形量均比滑环座初始模型要小㊂优化后的滑环座模型仍在工况4下受到最大应力143.54MPa(约为Q235屈服值的61.1%),比表1中工况4下所受的最大应力降低33.7%㊂优化后的滑环座模型在固定盘上转速编码器安装止口处变形为0.205mm,比表1中工况4下所受的最大变形量降低34.3%㊂由上述可知,优化后的滑环座模型的静强度更好,更能满足设计要求㊂4㊀结㊀论建立发电机滑环座有限元初始模型,利用AN-SYS Workbench 对其进行静强度分析㊂依据滑环座初始模型所受的最大应力和固定盘上转速编码器安装止口处的变形量与设计要求的对比,增加筒体厚度㊁取消接线盒上的避雷器结构㊂再将修改后的滑环座结构模型导入ANSYS Workbench 进行分析,对比滑环座模型优化前后的静强度结果㊂分析结果表明优化后的滑环座结构有更好的静强度,更能满足设计要求,从而提高风力发电机运行的可靠性㊂参考文献:[1]㊀阳辉力,邓方林.双馈风力发电机用滑环系统设计[J].电器工业,2014(2):72-74.[2]㊀黄志新,刘成柱.ANSYS Workbench 14.0超级学习手册[M].北京:人民邮电出版社,2013.ʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏ(上接第131页)(3)测试完该油道孔,泄漏检测仪信号停止,换向阀工作孔与换向阀排气孔接通,油道孔气体排出㊂(4)泄漏测试仪自动对下一路油道孔进行检测,重复步骤(2)和(3),直到所有油道孔检测完毕㊂(5)记录检测数据,泄漏试仪器自动判别变速箱是否合格㊂(6)进行下一个变速箱的泄漏检测,重复上述步骤(1)~(5)㊂4㊀结㊀论综上所述,该阀块组件有以下有益效果:将多个换向阀组合在一起,一次装卸可以完成拖拉机变速箱上全部油道孔的泄漏检测;通过普通的管路与封堵组件和泄漏检测仪快速插接,使用灵活易拆卸,可以与不同的封堵组件和泄漏检测仪连接,可以检测不同品种的拖拉机变速箱;可以推广应用到其它行业需要分流控制的实例中;该阀块组件采用机械制造行业的普通材料,其制造方法为通用的机械制造工艺,易于制作㊁安装,成本低,具有很好的使用价值㊂参考文献:[1]㊀魏加环,廉锡伟,陈学兵.动力换挡变速箱操纵阀[J].建筑机械,2002(6):47-49.[2]㊀张新生,崔㊀勇.测量系统分析在变速箱泄漏检测中的应用[J].组合机床与自动化加工技术,2014(7):112-114.[3]㊀张斐朗.组合液压阀块在臂校动正工装的设计和应用[J].装备制造技术,2012(7):103-105.㊃431㊃设计与制造㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2016年第2期(第29卷,总第142期)㊃机械研究与应用㊃。