机床CAE建模方法及动态特性分析(2)

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第三章直线滚动导轨结合面的动态特性分析 - 31 -

3.1 直线滚动导轨组成 - 31 -

3.2 直线滚动导轨的动态特性分析 - 31 -

3.3 加载求解并查看分析结果 - 37 -

3.4 结果后处理 - 39 -

3.5 本章小结 - 42 -

第四章机床的动态特性分析 - 43 -

4.1 加工中心立柱的模态分析 - 43 -

4.2 加工中心床身的模态分析 - 45 -

4.3 加工中心滑台的模态分析 - 46 -

4.4 加工中心工作台的模态分析 - 48 -

4.5 加工中心主轴箱的模态分析 - 49 -

4.6 机床整机模态分析 - 50 -

4.7 机床整机的静态分析 - 52 -

结论 - 55 -

致谢 - 56 -

参考文献 - 57 -

第一章绪论

1.1 课题研究的意义和背景

在生产实际中绝大多数机械结构都要面临复杂的工作环境，这就产生了复杂的动态特性。为了保证机械结构安全稳定的运行，在设计过程中就要提前预测机构的动态特性。有限元（FE）模型是一种行之有效的和公认的用来预测机床在设计阶段的动态性能的技术,有限元法将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。

在机械结构中不同的结合面直接影响到了组合结构的力学特性，并决定了有限元建模难度的大小。数学和实验建模方法综合得到典型机械接头（螺栓，直线导轨和滚珠丝杠）的有限元模型中。在针对螺栓结合面的有限元分析中，由于螺杆和螺栓孔结构中存在较复杂的结构，这导致了有限元分析精度较低，虽然在采用三维轴对称简化模型法简化模型模型后进行有限元分析，能够得到较高精度的结果，但是建模难困难、计算成本也较高，三维轴对称简化模型法的计算结果能较好地反映螺栓的轴向力学特性；直线导轨是数控机床传动系统的重要部件,因此对考虑滚动导轨副的数控机床进行分析,并且研究其对数控机床性能的影响具有非常重要的意义；对于高速滚珠丝杠副,考虑螺旋升角的影响,建立了滚珠丝杠副的受力模型,利用有限元方法分析计算螺旋升角对滚珠丝杠副弹性变形的影响，可以高效准确的得出相应的结果。这样的课题能够培养学生的独立动手能力、思考能力，对我会有很大的提高。

1.2 国内外研究现状

在有限元研究领域比较传统的假设是：任何模型都有一个无限的分析域，同时假设分析域的材料都是相同的，在大部分的分析中材料甚至被认为是各向同性的，并且对模型的边界条件简化。但仍然存在一些问题，例如：分析域有限、材料各向异性、边界条件难以确定等。为了解决这些问题，美国的专家提出了用广义有限元法解决分析域内含有大量孔洞特征的问题；比利时的Hung和越南的Ngoc提出用模板的混合奇异元（HSM）解决实际开裂问题。