大型機床結構有限元分析.pdf

1、目前國內機床行業(yè),在機床結構設計的時候,存在結構不合理、處理工藝不理想、加工規(guī)模不夠大等問題,制約了整體工業(yè)水平的提升;而有限元理論和有限元軟件的應用,為解決這些問題、促進機床行業(yè)向著大型化和高質量化發(fā)展提供了有力的支持。本文以國內某機床廠研制生產的高性能輥式矯平機為研究對象,采用有限元整體建模的方法,運用靜力學和動力學理論,并采用振動時效技術和盲孔法實驗技術,對該機床結構及處理工藝進行了研究,為掌握機床工作狀態(tài)下應力情況、優(yōu)化機床結構

2、和確定機床的處理工藝提供了依據。
　　 文章采用整體建模的方式,建立了三個有限元模型。第一個模型是包含接觸非線性的矯平機整體結構模型,主要用于分析極限工作載荷情況下矯平機整體結構和局部關鍵部位的應力、變形情況;第二個模型是平板模擬模型,用于分析此類結構的模態(tài)特性和激振條件下的振動時效效果,與第三個模型進行對比;第三個模型是矯平機床身模型,主要用于分析機床結構的模態(tài),進而分析激振情況下動應力水平,判定振動時效對該結構的作用效果。<

3、br>　　 運用靜力學理論、模態(tài)分析理論、諧響應分析理論和振動時效相關理論對模型的就算和分析,本文的主要結論如下:
　　 1,采用靜力學理論,對機床整體結構強度和剛度進行了分析。經過研究發(fā)現該機床結構在極限荷載下整體應力水平比較合理,不過仍有進一步改進的余地。對結構進行結構優(yōu)化以后,結構應力和變形水平可以進一步改善。
　　 2,采用靜力學理論和接觸理論,對機床的主要受力結構——鍵進行了局部應力分析,找出此類結構的受力特

4、點。分析結果表明鍵和鍵槽的區(qū)域的應力情況比較合理、局部變形很小。同時經過研究發(fā)現局部結構問題會造成該結構特殊位置的應力水平偏高,應該對局部進行改進以均化鍵的應力水平、降低局部過高的應力。
　　 3,采用模態(tài)理論對機床床身和對比的平板模擬結構進行模態(tài)分析,找出兩種不同結構的模態(tài)特點。研究發(fā)現床身的模態(tài)樣式比較多,有局部模態(tài)和整體模態(tài);同時振型情況復雜、難以選取理想的激振點和支撐點。相對比而言平板模擬結構的振型簡單,激振點和支撐點更

5、容易選取。
　　 4,運用諧響應理論對床身和平板模擬結構進行諧響應分析,得到兩種結構在激振條件下的動應力水平。通過分析兩種結構的動應力分布發(fā)現,平板模擬結構非常適合采用振動時效消除殘余應力;而對于床身結構來說,振動時效消除焊接殘余應力的效果不理想。
　　 5,使用盲孔法技術對床身結構進行殘余應力測試,測試結構表明該結構在振動時效前后焊接殘余應力水平并沒有明顯的變化。從而通過有限元模擬和實驗分別驗證了床身這類的箱式構件并不