| 1.建立幾何模型 這里分析的是一臺(tái)數(shù)控高速銑齒機(jī)床的X方向的拖板。該機(jī)床用于對(duì)大模數(shù)、大直徑齒輪的粗加工。由于該拖板結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以選用Pro/ENGINEER軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模。 利用Pro/ENGINEER軟件建立的機(jī)床拖板幾何模型。 2.定義材料屬性 機(jī)床拖板是機(jī)床支承件中的重要部件，其在工作時(shí)承受工作臺(tái)和工件的巨大壓力，必須具有較高的強(qiáng)度，所以材料選為灰鑄鐵HT250。根據(jù)相關(guān)資料，HT250的質(zhì)量密度為7340;彈性模量為1.55e11;泊松比為0.27。 在菜單管理器【零件】中依次單擊【設(shè)置】→【材料】命令選項(xiàng)，并在其中定義上述材料屬性。 3.定義約束 拖板在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，導(dǎo)軌約束了拖板Z方向的移動(dòng)和繞X、Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。絲杠座約束了拖板Y方向的平移，拖板和導(dǎo)軌之間的壓板限制了拖板X方向的平動(dòng)和繞Z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。 在MEC STRUCT菜單中選擇Constraints→New→Surface，在系統(tǒng)彈出的定義對(duì)話框中定義以上的各個(gè)約束。 4.劃分網(wǎng)格 在MEC SRTUCT菜單中選擇MESH菜單選項(xiàng)進(jìn)行網(wǎng)格的定義和劃分，并對(duì)劃分網(wǎng)格的質(zhì)量進(jìn)行檢查，不符要求的網(wǎng)格將在有限元網(wǎng)格模型中以紅色顯示出來(lái)。拖板的有限元網(wǎng)格模型。 5.建立分析任務(wù)，進(jìn)行有限元計(jì)算 在MEC STRUCT菜單中選擇Analyses/Studies，在系統(tǒng)彈出的Analyses and Design Studies對(duì)話框中選擇File→New Modal...，彈出模態(tài)分析任務(wù)定義對(duì)話框，在此對(duì)話框中設(shè)定分析任務(wù)后進(jìn)行分析計(jì)算。 對(duì)機(jī)床拖板有限元模型的求解，一般不需要求出振動(dòng)系統(tǒng)的全部固有頻率和振型，由于低階模態(tài)對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的影響較大，因此本文僅計(jì)算了前三階模態(tài)。同時(shí)，為了驗(yàn)證有限元軟件Pro/MECHANICA用于機(jī)床零件模態(tài)計(jì)算的的正確性，本文另外采用了當(dāng)前流行的通用有限元分析軟件ANSYS對(duì)機(jī)床拖板進(jìn)行有限元模態(tài)計(jì)算，計(jì)算出前三階固有頻率和振型，并與Pro/MECHANICA的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。固有頻率的對(duì)比，前三階振型圖對(duì)比。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該拖板在1200Hz以內(nèi)共有三階模態(tài)。第一階模態(tài)的振型為拖板兩側(cè)圍繞Y軸擺振，第二階模態(tài)的振型為拖板繞Z軸的不規(guī)則扭振，第三階模態(tài)的振型為拖板繞Y軸波浪形擺動(dòng)和拖板邊角的部分扭振。通過(guò)有限元模態(tài)計(jì)算得出機(jī)床拖板的危險(xiǎn)工作頻率在500～600Hz。 從計(jì)算結(jié)果可以看出，固有頻率都在500Hz以上，該機(jī)床拖板整體固有頻率較高，遠(yuǎn)離正常工作頻率，可知拖板的剛性比較好。拖板的絲杠座作為機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)裝置絲杠的支承，必須具有較高的結(jié)構(gòu)剛度。通過(guò)上面的計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，絲杠座振動(dòng)的相對(duì)位移量較小，振動(dòng)很小，具有較高的局部剛度，從而增強(qiáng)了數(shù)控機(jī)床整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，保證了傳動(dòng)系統(tǒng)的精度。另外，由振型圖可看出，雖然拖板兩側(cè)的振動(dòng)量最大，但由于其振動(dòng)是沿Y軸的對(duì)稱振動(dòng)，這樣可以保證拖板上的工作臺(tái)只有微小垂向位移而不會(huì)左右擺動(dòng)。該銑齒機(jī)床用于加工直齒輪，加工過(guò)程中拖板振動(dòng)引起工作臺(tái)的微小垂向不會(huì)影響齒輪的加工精度，滿足了機(jī)床拖板的設(shè)計(jì)要求。 通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，兩種有限元軟件計(jì)算出的第三階固有頻率值相差最大，但是兩個(gè)頻率值只相差1.78%，計(jì)算結(jié)果非常接近。當(dāng)前ANSYS軟件普遍用于各種結(jié)構(gòu)的模態(tài)計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果具有較強(qiáng)的可信度，因此，Pro/MECHANICA軟件計(jì)算出的結(jié)果也具有較高的精度。 |
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