| 1.建立幾何模型 這里分析的是一臺數(shù)控高速銑齒機床的X方向的拖板。該機床用于對大模數(shù)、大直徑齒輪的粗加工。由于該拖板結構較為復雜，所以選用Pro/ENGINEER軟件進行三維實體建模。 利用Pro/ENGINEER軟件建立的機床拖板幾何模型。 2.定義材料屬性 機床拖板是機床支承件中的重要部件，其在工作時承受工作臺和工件的巨大壓力，必須具有較高的強度，所以材料選為灰鑄鐵HT250。根據(jù)相關資料，HT250的質量密度為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【設置】→【材料】命令選項，并在其中定義上述材料屬性。 3.定義約束 拖板在導軌上滑動，導軌約束了拖板Z方向的移動和繞X、Y軸的轉動。絲杠座約束了拖板Y方向的平移，拖板和導軌之間的壓板限制了拖板X方向的平動和繞Z方向的轉動。 在MEC STRUCT菜單中選擇Constraints→New→Surface，在系統(tǒng)彈出的定義對話框中定義以上的各個約束。 4.劃分網格 在MEC SRTUCT菜單中選擇MESH菜單選項進行網格的定義和劃分，并對劃分網格的質量進行檢查，不符要求的網格將在有限元網格模型中以紅色顯示出來。拖板的有限元網格模型。 5.建立分析任務，進行有限元計算 在MEC STRUCT菜單中選擇Analyses/Studies，在系統(tǒng)彈出的Analyses and Design Studies對話框中選擇File→New Modal...，彈出模態(tài)分析任務定義對話框，在此對話框中設定分析任務后進行分析計算。 對機床拖板有限元模型的求解，一般不需要求出振動系統(tǒng)的全部固有頻率和振型，由于低階模態(tài)對振動系統(tǒng)的影響較大，因此本文僅計算了前三階模態(tài)。同時，為了驗證有限元軟件Pro/MECHANICA用于機床零件模態(tài)計算的的正確性，本文另外采用了當前流行的通用有限元分析軟件ANSYS對機床拖板進行有限元模態(tài)計算，計算出前三階固有頻率和振型，并與Pro/MECHANICA的計算結果進行了比較。固有頻率的對比，前三階振型圖對比。 根據(jù)計算結果，該拖板在1200Hz以內共有三階模態(tài)。第一階模態(tài)的振型為拖板兩側圍繞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軸波浪形擺動和拖板邊角的部分扭振。通過有限元模態(tài)計算得出機床拖板的危險工作頻率在500～600Hz。 從計算結果可以看出，固有頻率都在500Hz以上，該機床拖板整體固有頻率較高，遠離正常工作頻率，可知拖板的剛性比較好。拖板的絲杠座作為機床傳動系統(tǒng)裝置絲杠的支承，必須具有較高的結構剛度。通過上面的計算結果可以發(fā)現(xiàn)，絲杠座振動的相對位移量較小，振動很小，具有較高的局部剛度，從而增強了數(shù)控機床整個進給系統(tǒng)的傳動剛度，保證了傳動系統(tǒng)的精度。另外，由振型圖可看出，雖然拖板兩側的振動量最大，但由于其振動是沿Y軸的對稱振動，這樣可以保證拖板上的工作臺只有微小垂向位移而不會左右擺動。該銑齒機床用于加工直齒輪，加工過程中拖板振動引起工作臺的微小垂向不會影響齒輪的加工精度，滿足了機床拖板的設計要求。 通過比較發(fā)現(xiàn)，兩種有限元軟件計算出的第三階固有頻率值相差最大，但是兩個頻率值只相差1.78%，計算結果非常接近。當前ANSYS軟件普遍用于各種結構的模態(tài)計算，其計算結果具有較強的可信度，因此，Pro/MECHANICA軟件計算出的結果也具有較高的精度。 |
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