基于有限元的机床滑鞍结构的动特性分析.pdf

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1、机械设计与制造第4期170MachineryDesign&Manufacture2011年4月文章编号：1001—3997(2011)04—0170—03基于有限元的机床滑鞍结构的动特性分析徐开元1徐武彬唐满宾(’广西工学院机械工程系，柳州545006)(z广西柳州市正菱集团有限公司，柳州545006)DynamiccharacteristicanalysisofacertaintypeofmachiningcentersaddlestructurebasedonFEMXUKai-yuan，XUWu-bin，TANGMan-bin2(Departmen

2、tofMechanicalEngineering，GuangxlUniversityofTechnology，Liuzhou545006，China)(2ZhengLingGroupCo．，Ltd，Liuzhou545006，China)Keywords：Saddle；Modalanalysis；Harmonicresponseanalysis；FEM{--+-+一+-+一+-+一+一+一+-++一+*+一+-+一+-+·，+”+-+一+一+-+··+”+”十一十”+-十一十一+-+*+*+-十-+一十一十一+-+··中图分类号：TH122，TG502

3、文献标识码：A1引言其弹性模量为1．3e5Mpa；泊松比取为0．3；密度为7．8e一9fmms。在机床结构中有许多小的结构和特征，计算时会占用大量计算资滑鞍是数控加工中心关键零部件之一，其结构性能对加工中心的性能影响很大。主要体现在加工精度、抗震性能、切削效源，造成网格品质下降，影响结构的分析精度日。因此在建模过程率、使用寿命等方面。因此滑鞍是加工中心中比较关键的受力构中需进行必要的简化，忽略CAD模型中的所有小特征，包括倒件，它的静动态性能将直接影响到机床的加工精度和寿命。为保角、倒圆、小孔以及凸台等。将Pro／E模型简化后，导入ANSYS。证机床具

4、有足够的静刚度和动刚度、保证最终的加工精度，必须选取Solid45单元。该单元含有8个节点，每个节点有3个对其进行结构静力分析和振动模态分析及谐响应分析，找出滑鞍平移自由度，即ux，uy，Uz。此种单元类型完全可以满足计算精的薄弱环节，改进设计。度的要求，且计算量较其他一些复杂的单元类型要少。有限元分析方法虽然已在航空、航海、机械等领域得到广泛应用，许多产品仍沿用传统的设计方法Ⅲ。将运用结构动态设计原理和有限元法，用ANSYS软件对加工中心滑鞍部件进行静态分析和动态分析，了解零部件的应力应变情况及变形情况，得到一些重要关系及理论。应尽量减轻结构重量、提

5、高强度和刚度，为今后机床设计提供必要的理论依据。2建立有限元模型加工中心滑鞍的材料为HT250，材料各向同性，介质均匀。图1有限元模型★来稿日期：2010-06—25★基金项目：柳州市科学研究与技术开发计划项目(2007040201)．车辆零部件数字化设计公共平台建设(桂科能08126002)第4期徐开元等：基于有限元的机床滑鞍结构的动特性分析171网格划分采用ANSYS中的智能分网方法(SmartSize)。本文弦(简谐)规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。分析的目的采用等级7级。划分后滑鞍的节点总数为12089个，单元总数为是计算出结构在几种频率

6、下的响应并得到一些响应值(通常是位38086个。划分结果如图l所示。移)对频率的曲线。3受力分析滑鞍正面有两列导轨，其作用是实现工作台左右移动，所以其受力状况为工作台给它的垂直于导轨面的力和主轴加Ir时的力以及自身重力。受力图如图2所示。IIG导轨图3第一阶振型图图4第二阶振型图滑图2受力图4模态分析模态分析可以用来确定结构的固有频率和相应振型，为结构设计提供依据，避免在动力载荷作用下发生共振现象。滑鞍的动态特性能反映其结构在动态切削力作用下的抗振能力，对机床的加工精度有直接的影响。图5第三阶振型图图6第四阶振型图ANSYS产品家族中的模态分析是一个线

7、性分析。任何非线在工程实际中，滑鞍受J-作台左右移动，收到简谐载荷的作性杼l生，如塑性和接触(间隙)单元，即使定义了也将被忽略。用。在预定的振动频率范围内，为了避免出现因共振引起结构碰坏。ANSYS提供了七种模态提取方法，将用分块Lanezos算法来求解我们有必要对机床滑鞍结构进行}向应分析，计算出滑鞍结构的位滑鞍的动态特性。移响应对频率的曲线目，使工作人员能预测滑鞍结构的持续动力性，分块Lanczos法特征值求解器是却省求解器，它采用以验证滑鞍的抗振I生能，为机床滑鞍结构设计提供理论依据。Lanczos算法，是用一组向量来实现Lanczos递归计算。

8、这种方法5．1无阻尼振动频率响应和子空间法一样精确，但速度更快。并且最适合于由壳或壳与实在模态