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1、2008年9月北京航空航天大学学报September2008第34卷第9期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVo.l34No9机床立柱高比刚度结构仿生设计杨永彬陈五一赵大海(北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191)(沈阳飞机设计研究所,沈阳110035)摘要:提高机床运动结构的比刚度对于提高机床加工精度以及系统动力学性能具有重要作用.基于结构仿生的原理和方法,在分析骨架对生物体刚度的贡献以及体现了最佳的载荷路径这一思想的基础上,对叶片抛磨机立柱内部的筋板结构进行
2、重新设计,使其发挥骨架的作用.对原型及仿生型立柱进行了静力、模态及瞬态动力学分析,经过有限元分析发现,立柱的质量减小,比刚度结构效能得到了较大的提高,其静动力学性能也有明显的改善.关键词:比刚度;结构仿生;立柱;生物骨架;载荷路径中图分类号:TH122文献标识码:A文章编号:10015965(2008)09099104BionicdesignofcolumnstructureofmachinetoolforhighspecificstiffnessYangYongbinChenWuyi(SchoolofMechanicalEngineeringandAut
3、omation,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100191,China)ZhaoDahai(ShenyangAircraftDesign&ResearchInstitute,Shenyang110035,China)Abstract:Improvingthespecificstiffnessofmovingstructureisimportantfortheimprovementofthemachiningaccuracyanddynamicperformanceofhighspeedmachine
4、tools.Basedonstructuralbionictheory,throughstudyonthecontributionofbiologicskeletontoorganismstiffnessandtheconceptthatbiologicskeletonshowsthebestloadpathoforganism,thecolumnsinnerstructurewasredesignedasskeletontoimprovethespecificstiffness.Thestatic,moda,landtransientanalysesoforiginal
5、columnandbioniccolumnwerecarriedou,tandtheresultsaresatisfying.TheFEAresultsshowthatthroughstructuralbionicdesignthecolumnsmasswasdecreased,thespecificstiffnessstructuralefficiencyandthenaturalfrequencywereimproved,thetransientdisplacementwasdecreased,andthestabilityofbioniccolumnwasbett
6、erthanthatoforiginalcolumn.Throughstructuralbionicdesignthestaticanddynamiccharacterofcolumnwasameliorated.Keywords:specificstiffness;structuralbionics;column;biologicskeleton;loadpath生物体结构是亿万年自然选择和生命进化的人们已经在一定程度上利用了生物体结构的结果,充分体现了自然进化的趋向,往往具有人造启示制造工程材料和工程结构,例如巴黎埃菲尔结构无法比拟的优势.结构仿生就是通过研究生铁塔
7、的中心拱梁设计便受到了骨的微观组织的启[2-3]物机体的构造,建造类似生物体或其中一部分的示,而纤维增强复合材料则参考了木材的微[1][4-5]机械装置,通过结构相似实现功能相近.现代观组织.如果机床结构中的框、肋、筋、架等也制造业的发展使得高速化、精密化成为机床发展能依据结构仿生的原则布置和成型,将有可能取的趋势之一.高速机床在大加速度下保持高精度得更为优异的轻量化效果和整体力学性能.本文就必须要求机床运动部件质量小、刚性高,用最少基于结构仿生的原理,引入生物骨架的构型思想,的结构材料来承受最大的外力
