大型機床結(jié)構(gòu)有限元分析.pdf

1、目前國內(nèi)機床行業(yè),在機床結(jié)構(gòu)設計的時候,存在結(jié)構(gòu)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(zhì)量化發(fā)展提供了有力的支持。本文以國內(nèi)某機床廠研制生產(chǎn)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(shù)和盲孔法實驗技術(shù),對該機床結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

2、和確定機床的處理工藝提供了依據(jù)。
　　 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(jié)構(gòu)模型,主要用于分析極限工作載荷情況下矯平機整體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)論如下:
　　 1,采用靜力學理論,對機床整體結(jié)構(gòu)強度和剛度進行了分析。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)該機床結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以后,結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)——鍵進行了局部應力分析,找出此類結(jié)構(gòu)的受力特

4、點。分析結(jié)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(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)局部結(jié)構(gòu)問題會造成該結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析,找出兩種不同結(jié)構(gòu)的模態(tài)特點。研究發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)進行諧響應分析,得到兩種結(jié)構(gòu)在激振條件下的動應力水平。通過分析兩種結(jié)構(gòu)的動應力分布發(fā)現(xiàn),平板模擬結(jié)構(gòu)非常適合采用振動時效消除殘余應力;而對于床身結(jié)構(gòu)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(shù)對床身結(jié)構(gòu)進行殘余應力測試,測試結(jié)構(gòu)表明該結(jié)構(gòu)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(gòu)件并不