前言:
主軸箱為立式加工中心的重要部件,其動靜態(tài)特性直接影響到整機的加工質(zhì)量,故有必要對主軸箱展開有限元分析以了解其動靜態(tài)特性M;另外,主軸箱長期處于高速運作下,則須對主軸箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的優(yōu)化以減少其質(zhì)量來降低磨損和能耗w,目前,在主軸箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方面取得了一定進(jìn)展,文獻(xiàn)&]提出了可以通過在主軸箱箱體的薄弱環(huán)節(jié)增加加強筋來提高主軸箱的剛度,減少響應(yīng)位移。文獻(xiàn)H對某型號加工中心主軸箱進(jìn)行了靜力學(xué)有限元分析,在保證強度與剛度基本不變的前提下,對主軸箱的原設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)。但都難以確保主軸箱的動靜態(tài)特性與質(zhì)量得到合理的優(yōu)化。采用拓?fù)鋬?yōu)化方法對主
軸箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)成為了設(shè)計機床時不可缺少的環(huán)節(jié)
文中利用SolKlWm'ks軟件建立了主軸箱的實體模型,根據(jù)載荷分析結(jié)果,選擇在銑削工況下的負(fù)荷當(dāng)做其邊界條件,結(jié)合實際情況對其添加相應(yīng)的邊界約束,應(yīng)用ANSYS Wm.kheni.h軟件對主軸箱展開靜動態(tài)特性分析。基于ANSYS Workbench中拓?fù)鋬?yōu)化模塊對主軸箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的優(yōu)化改進(jìn),在保證主軸箱靜動態(tài)特性的前提下,優(yōu)化了其結(jié)構(gòu)、減輕了其重量,該方法對于具有較高加工精度要求機床的優(yōu)化設(shè)計具有一定的指導(dǎo)作用,
1主軸箱有限元模型的建立
三維實體模型是網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ),建立的結(jié)構(gòu)模型是否合理對網(wǎng)格劃分的質(zhì)量有著直接的影響。由于ANSYS Workbench在復(fù)雜模型的建立上還比較困難,所以,本文使用SolidWorks軟件建立主軸箱結(jié)構(gòu)的三維實體模型,然后,借助兩者間無縫連接的優(yōu)勢直接導(dǎo)入ANSYS Workbench中轉(zhuǎn)化為有限元模型。在創(chuàng)建實體模型的過程中,為了有利于后續(xù)有限元分析的開展,考慮到一些小特征對整體模型的動靜特性影響較小,根據(jù)圣維南原理,對部分局部特征進(jìn)行了合理的簡化,去掉細(xì)小特征如圓角、螺釘孔等M。
主軸箱屬于鑄件,其采用的材料為HT300,彈性模量為143GPa,泊松比為0. 27,密度為7300 kg/m3。一般網(wǎng)格劃分越細(xì),計算所得到的結(jié)果越精確,當(dāng)然,耗時也越長,利用ANSYS Workbench的有限元處理工具可以對模型進(jìn)行幾種不同的網(wǎng)格劃分功能,但考慮到主軸箱結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,故采用自動網(wǎng)格劃分的方法對其設(shè)置以四面體為主的劃分方式。通過反復(fù)調(diào)試影響網(wǎng)格質(zhì)量的參數(shù)指標(biāo),得到了理想的結(jié)果,生成110361個節(jié)點乂烈艽個單元。主軸箱結(jié)構(gòu)的有限元模型如圖1所示。
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結(jié)束語:
(1) 基于•法則和雨流計數(shù)法,分別建立了定載荷和隨機載荷下的疲勞分析模型,得到了其等效應(yīng)力云圖、壽命分布云圖、安全系數(shù)云圖及疲勞敏感度云圖、雨流矩陣云圖及疲勞損傷矩陣,這為發(fā)動機連桿的疲勞強度分析提供了方法。
(2) 發(fā)動機連桿的小頭與桿身連接處應(yīng)力最大、壽命最短、安全系數(shù)最低,并且隨機載荷對連桿的影響較恒定載荷更大,該載荷使連桿壽命更短,承受應(yīng)力更大,同時也加速了連桿的疲勞破壞,為連桿的設(shè)計與制造提供了理論依據(jù)。
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2024-11
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