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基于有限元法螺旋锥齿轮铣齿机结构分析与优化设计

吕灵伟  
【摘要】:螺旋锥齿轮铣齿机作为一种广泛应用的专用加工机床,要求其机床本体具有良好的动静态特性以保障加工精度和效率。对螺旋锥齿轮的精度和加工效率的提高,要求设计中充分利用现有的设计和测试手段来提高其动静态特性,以满足螺旋锥齿轮铣齿机进行高精度、高效率加工的要求。本文以某型螺旋锥齿轮铣齿机为例,来分析如何利用以有限元方法为基础的CAE手段和以实验为基础的振动测试手段来进行数控螺旋锥齿轮铣齿机动静态特性分析和优化。本文的主要工作内容有: (1)基于CAD软件Solidworks和有限元分析软件ANSYS,建立该型螺旋锥齿轮铣齿机的CAE分析模型;以此模型为基础,对其进行静力和模态分析。根据模态分析所获得各阶振型,从整体上分析主要零部件的改进方向;根据有限元分析所得数据确定筋板布局及筋板厚度改变对于零件固有频率的影响的灵敏度;分析筋板厚度的与零件的静刚度之间的灵敏度关系。 (2)基于CAD软件Solidworks和有限分析软件ANSYS,建立机床的整机分析的有限元模型,并进行了静力分析和模态分析。获得了机床在各方向的变形量及前六阶振型,确定螺旋锥齿轮铣齿机的薄弱环节;分析整机中床身、立柱的筋板厚度对于机床整机动静态特性的影响的灵敏度。 (3)利用振动测试手段,可以获得螺旋锥齿轮铣齿机整机的实验模态;该实验模态包含了结合面的影响比有限元分析方法所获得的结果更加准确。将实验结果与有限元分析结果的对比,可验证有限元分析结果的准确性和可靠性;在此之后,可以以现有有限元模型的边界条件基础,对螺旋锥齿轮铣齿机进行优化设计。 本文所针对的对象为专用加工机床螺旋锥齿轮铣齿机,但主机的动静态特性的优化设计是设计中的普遍问题,因此,文中所获得结论及分析方法也适用于其它类型数控机床的设计。


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