基于有限元的龍門銑床力學(xué)性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、銑床是一種機(jī)床，它可以用于加工各種固體表面，例如平面、溝槽、輪廓加工等。對于龍門銑床生產(chǎn)企業(yè)來說，總是希望機(jī)床在具備平衡的動靜力學(xué)性能的同時(shí)，保持較輕的總體重量和較低的成本。本文以某型龍門銑床為研究對象，利用有限元軟件ANSYS對其進(jìn)行了力學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　 首先將復(fù)雜的龍門銑床設(shè)計(jì)圖簡化，使其適于ANSYS建模。繼而用五種單元建立龍門銑床的有限元模型：實(shí)體單元SOLID186、殼單元SHELL281、質(zhì)量單元MASS21

2、、梁單元BEAM189、剛性梁單元MPC184。針對有限元計(jì)算量偏大的問題，組建了并行計(jì)算系統(tǒng)，使該問題能在兩臺個(gè)人電腦上得到快速解決。
　　 在上述有限元模型的基礎(chǔ)上，對龍門銑床進(jìn)行了靜動力學(xué)分析，繪制了第一主應(yīng)力云圖，以及三個(gè)坐標(biāo)方向和合位移的位移云圖，找出了機(jī)床結(jié)構(gòu)的應(yīng)力最大點(diǎn)，證明了這是一個(gè)線彈性問題。其后對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析提取了前4階振型及其對應(yīng)頻率，為后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參照。
　　 基于拓?fù)鋬?yōu)化原理，對龍門銑

3、床進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上考察了橫梁去角、立柱打孔、增大柱腳三種特征對結(jié)構(gòu)總體的動靜力學(xué)影響，并設(shè)計(jì)出了六種構(gòu)型方案。驗(yàn)證了橫梁削去角對剛度影響不大，卻能大幅減小結(jié)構(gòu)總體重量；立柱打孔對于結(jié)構(gòu)的負(fù)面影響遠(yuǎn)大于正面影響；增大立柱柱腳對于提升對應(yīng)于橫梁前后擺動振型的模態(tài)頻率有著顯著效果。
　　 最后在最好的構(gòu)型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上對龍門銑床進(jìn)行了尺寸優(yōu)化，得到的最優(yōu)方案較原型剛度下降了0.72%，體積下降了36.54%，一階模態(tài)升高