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基于有限元法的大型螺杆铣床主要构件的分析与研究

范智广  
【摘要】:螺杆机械在石油、化工、橡胶等重要的工业领域有着广泛的应用,而螺杆作为螺杆机械的核心直接影响着螺杆机械的性能和使用。国内外许多公司投入了巨资研究螺杆加工机床,沈阳工业大学专用数控开发中心经过多年研究,针对不同用户,推出具备不同功能的LXK系列螺旋槽数控铣床。LXK系列螺旋槽数控铣床能够加工各种复杂异形螺杆,例如:橡胶挤出机螺杆、各种螺杆泵、螺杆转子中的单头、双头、多头,圆柱形、圆锥形、非圆多边形,同心及偏心结构,定导程、变导程等等。 由于该种设备机械结构复杂,应用螺旋槽数控铣床加工的螺杆所受的切削力变化较大,引起的振动相应也很大,而其加工精度和效率要求较高,为此必须对铣床进行结构分析,系统地对该种铣床的动静态特性进行试验研究、数值模拟研究和理论分析研究。 本文应用模态分析理论和有限元技术,深入地研究了螺杆数控铣床床身结构固有频率对铣床加工精度的影响,采用ANSYS软件建立了床身的三维实体模型,并对其进行了合理简化,方法是选用四面体单元对床身三维实体模型进行了网格划分,建立了床身结构的有限元模型。采用工程上常用的Lanczos法,计算出机体约束模态的固有频率和振型,通过对振型分析,找到床身振动的薄弱部位,并提出两种修改方案,在对各方案进行比较的前提下,提出了较合理的结构修改方案,同时建立了铣头工作频率与床身固有频率的关系。 通过试验检测和模态分析,对现有床身进行了实地测试。采用激振实验法,对所研究的床身进行了模态分析,求出结构的固有频率,并与结构模拟的固有频率进行了比较和分析,验证了有限元模拟仿真与实际结构动静特性的一致性,凭借该种方法,从三种结构模拟改进中确定较合理的床身结构。


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