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《中南大学》 2009年
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YK20100磨齿机主要部件的有限元分析及结构优化设计

王宇奇  
【摘要】: 螺旋锥齿轮是实现相交轴运动传递的基础元件,具有重合度大、承载能力高、传动效率高、传动平稳、噪声小等优点,被广泛应用于汽车、飞机、机床和各种机械产品中。目前国内加工螺旋锥齿轮的数控的机床主要是进口机床,不但价格非常昂贵,而且技术上受制于人。尽管国内生产数控螺旋锥齿轮机床的厂商已有几家,但其加工精度和加工效率与国外同类型机床差距很大。本文以YK20100数控螺旋锥齿轮磨齿机为研究对象,以提高其加工精度和加工效率为目标,通过有限元仿真分析、测试实验等手段对主要部件及组合结构的动态特性进行了研究。 论文的主要研究内容及研究结果如下: 1、基于磨削理论和螺旋锥齿轮的加工方法,对YK20100数控磨齿机进行了工况分析,计算了加工直径为1米齿轮时立柱与床身所受最大的竖直磨削分力,并在最大受力状态下对立柱和床身进行了有限元静态分析,为进一步优化结构奠定了基础。研究表明,立柱顶部和床身悬空突出边变形最大,零部件的底部支撑处应力最大。 2、应用ANSYS软件对立柱、床身进行了模态分析,获得了前六阶固有频率与振型,立柱的前六阶固有频率分别为118.85Hz、137.46 Hz、210.05Hz、256.34Hz、273.47Hz、328.09Hz,床身的前六阶固有频率分别为370.45Hz、391.20 Hz、456.21Hz、543.08Hz、600.66Hz、626.71Hz,为组合结构的研究和优化设计奠定了基础。 3、基于螺栓联接结合部、导轨结合部的理论建模原理和方法,通过弹簧—阻尼单元建立了动力学模型,计算出了结合部的特性参数。另外,还研究了螺栓结合部的螺栓个数及直径对整机动态特性的影响。研究表明,对于螺栓联接的结合面,在预紧力一定的情况下,增加联接螺栓的个数,比增加同样单元螺栓联接面积的螺栓直径,更能改善机床的动态特性。 4、应用元结构思想对立柱、床身结构进行了优化设计。在元结构选型的基础上,研究了元结构圆孔直径及元结构筋板厚度与低阶固有频率的关系;同时还研究了立柱、床身基本框架尺寸与结构低阶固有频率的关系,获得了框架尺寸与结构低阶固有频率之间的关系规律,所得的规律可以直接用于结构设计中。 5、利用ANSYS软件对优化前后的立柱床身组合结构进行了模态分析,比较了前几阶固有频率,发现优化后的组合结构前四阶固有频率分别提高了27.1%、20.5%、58.6%、16.7%。同时,发现结合部对整机的动态特性影响极为关键,研究表明,只提高零部件的动态特性,结合部的动态特性不提高,其整机动态特性难有很大的提高。 6、为了验证结合部有限元模型建立方法的正确性,对组合结构进行了谐响应分析,其分析条件与实验条件一致,通过实验结果的比较验证,确认了螺栓结合部的特性参数。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TG616

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【引证文献】
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