【《数控磨齿机回转工作台的性能分析案例》2200字（论文）】

数控磨齿机回转工作台的性能分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u32310数控磨齿机回转工作台的性能分析案例 1208961.1静力学分析基本理论 1250851.2定义材料 222471.3网格划分 2260371.4施加载荷与约束 441531.5求解计算 6在YK73125回转工作台部装中，工作台正常工作时所受到的是竖直方向上的负载以及工作台在转动时所受到的扭矩对工作台的形变以及工作性能具有很大的影响。这就直接影响到了工作台在工作时的水平直线度、平行度或垂直度等精度要求。除此之外，还会影响到机床被加工零件的加工精度和加工零件时工作台的稳定性。因此通过对YK73125回转工作台部装中的工作台整体结构的静应力变形分析以及模态分析，计算不同阶下的工作台的频率和振型，能够有效地反映出外部附加的约束条件对工作台精度的影响。为了能够展现出工作台整体在收到外部约束条件下的总体形变量以及不同阶下的频率和振型，利用之前在SOLIDWORKS上建立好的三维模型导入到ANSYSWorkbench2020R2中进行静应力变形分析和模态分析。静力学分析基本理论回转工作台的形变分析是基于工作台在收到是指方向上的施加的静载荷和收到工作台本身转速的影响作用下的静力学分析，其分析内容主要包括对床身结构的形变、应力以及疲劳寿命等。静力学分析的结果主要体现出工作台在承受外部负载是抵抗变形和保持原本结构精度的能力。由经典理论力学可知物体的动力学通用方程为：MM在式中表示质量矩阵，C表示阻尼矩阵，K表示刚度系数矩阵，x表示位移矢量，F表示力矢量。对于本设计而言，工作台整体结构收到静态载荷的作用，载荷大小不随时间的变化而变化，不考虑惯性（如质量等）的影响，工作台整体结构处于静力平衡的状态。因此可以得出静力分析方程（可忽略随时间变化的载荷、惯性力和阻尼）其表达式如下：C式中，K表示刚度系数矩阵，x表示位移矢量，F表示静力载荷。其中当刚度矩阵K为常数时，计算结果代表线性结构的静力分析；刚度矩阵K为变量时。计算结果代表非线性结构静力分析。对于本设计而言，对工作台整体结构的形变分析属于线性结构的静力分析。对于线性结构的静力分析而言，其主要目的是求解出结构在静态载荷作用下的形变量、应力分布以及应变等数据。通过求解的结果，可以验证所设计的结构是否满足设计精度要求，分析出整体结构设计中存在的问题，针对这些问题工作台整体结构进行优化设计，从而进一步提高结构设计的合理性。定义材料在进行有限元分析之前，首先要对工作台整体结构定义材料的属性。先打开ANSYSWorkbench2020R2进入工作界面，再选择StaticStructural模块。此类模块主要用于分析零部件在静6载荷作用下抵抗弹性变形的能力，因此能够直观的展现出工作台整体结构在收到竖直方向上负载作用下的型变量。之后再点击EngineeringData>EngineeringDataSources>GeneralMaterials,找到并点击选择建立新的材料属性GrayCastIron（灰铸铁HT150），材料属性如下表4-1所示表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s11灰铸铁HT150材料属性属性数值单位密度7000kg/弹性模量2×Pa泊松比0.32—抗拉极限强度1.5×Pa网格划分网格划分作为求解前的重要一步，其划分的质量将直接影响到计算结果的精度。故要通过对网格进行有效的控制，提高网格的疏密程度，将大幅增加计算结果的准确性。但是随着网格加密的同时也会带来计算时间和存储空间的负担增加，因此再划分网格的同时也需要考虑到计算时间和电脑运算能力等因素的影响，进而要选取合适的网格划分。点击Mesh进入到网格划分界面，下面有许多网格划分的细化控制选项，根据工作台整体结构的属性对其进行网格划分设置。由于在工作台整体结构设计中，工作台整体结构的表面上有许多细小的螺纹孔、沉孔、倒/圆角等特征。为了缩减网格划分的时间，提高求解工作的效率，将网格划分的最小单元尺寸设置为20mm，在去除掉这些对于工作台整体结构刚度影响较小的结构。通过设置网格单元尺寸等参数对网格进行划分，划分结果为925389个节点，618513个单元，工作台网格划分如下图4-1所示。图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s11工作台网格划分经过一系列的对比比较，当按照最小单元尺寸为20mm时，网格划分的质量最好，得到的计算结果也更为准确，因此，选择以20mm作为网格划分的最小单元。施加载荷与约束在对工作台的整体结构进行形变分析之前，需要对工作台整体施加一定的约束。由于本设计的工作台是做旋转运动的转动副零件，因此需要对工作台整体施加一个逆时针方向上的转速，其大小为5/min。其次，工作台需要承受竖直方向上一定大小的载荷，其大小为12000N。除此之外，工作台还需要设置一个以地面为支撑的固定约束。工作台上所施加的约束如下图所示图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s12工作台所受到的转速约束图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s13工作台所受到竖直方向的载荷图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s14工作台受到的底面支撑约束求解计算对工作台整体施加完载荷与约束之后，点击Solution，选择Totaldeformation，对工作台整体结构进行静应力和前六阶模态的分析，得到在所施加约束下工作台整体结构的总形变云图与前六阶模态的振型和频率云图如下图所示。其求解结果如下表所示。表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s12前六阶模态的频率（HZ）阶数1阶2阶3阶4阶5阶6阶频率228.94228.99235.21563.93564.2602.05工作台整体结构的静力学分析的结果是：工作台整体结构再外加约束的条件下，整体所受到的最大形变量为0.0041991mm,远小于所要求的0.02mm的要求量，因此，YK73125回转工作台的设计满足要求。工作台整体结构的总形变云图与前六阶模态的振型和频率云图如下图所示。图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s15工作台整体结构的总形变云图图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s16工作台整体结构的一阶模态的振型和频率云图图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s17工作台整体结构的二阶模态的振型和频率云图图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s18工作台整体结构的三阶模态的振型和频率云图图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s