麻花鉆的建模及強(qiáng)度分析畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文鎂鎂胺 胺淙淙船船船矢矢狃籽籽 琪調(diào)鄲苔苔隼隼鯽侮侮馨馨箬箬 苧茳攖攖簣簣嶺嶺遽遽逯倉倉窄 麻花鉆的建模及強(qiáng)度分析 庇庇吉吉元元斛斛跣廡馕奈奈歡 皋微微翁釤釤譏譏聳聳瞬氬氬齬 菱菱禿禿酮酮酮濯濯疬疬疬碩碩 摘要 ： 采用三維建模軟件建立麻花鉆的三維模型，分析刀 具在工作時(shí)的受力情況。應(yīng)用有限元軟件對(duì)麻花鉆進(jìn)行模態(tài)分析， 研究其結(jié)構(gòu)的震動(dòng)特性 。 利用 deform 軟件對(duì)麻花鉆的工作 過程進(jìn)行模擬仿真。 邙祈祈卟呃咐咐順順?biāo)Q鶴冢冢 祟忸憮句句鍛鍛桶桶桶酌酌謄謄 關(guān)鍵詞 ： 麻花鉆 ； 三維建模 ； ansys 分析； deform 仿真 古功幡崤芭芭悄悄芄芄芄齙齙攆

2、 任蕨蕨蕨埃埃嶧嶧嶧被被深深傘 腠躬躬躬血血傻傻狩狩崮僥僥傖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文鈣草草 欞欞瓔憚憚嫗嫗惝惝愣哦 嗍嗍鰥鰥鰥扦遷栓栓汴汴午午午 蒈蒈蕕蟮螵廓廓護(hù)護(hù)貨黲盼盼盼 晝晝刷刷順莩莩帛帛扦扦扦譙譙 twisttwist drilldrill modelingmodeling andand thethe analysisanalysis ofof itsits intensionintension 豬嚷嚷莘莘莘臃庸構(gòu)構(gòu)杠杠鬏鬏 蝠姿姿鋯鋯鋯估估鉤貿(mào)貿(mào)柑柑告 a ab bs st tr ra ac ct t: : this artical introduced the 3d modeli

3、ng method of twist drill and the analysis of twist drill when it behaves. finite element software for modal analysis twist. deform software using process simulation work. 癭癭鈣鈣鈣禺禺饣饣忪撳撳飯飯 譫譫洎洎檔檔檔力力衲衲衲鑷鑷 k ke ey y w wo or rd ds s: : twist drill；ansys；deform；simulation 裙旯旯易易乙 乓搴搴轄轄捋捋蕤 巰誠誠碰碰曇曇閣閣閣戮戮紕紕 陜西理

4、工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文鈣草草 欞欞瓔憚憚嫗嫗惝惝愣哦 嗍嗍鰥鰥鰥扦遷栓栓汴汴午午午 - i -蹉跚徘徘蹋蹋躺郎郎軔軔檣鶘鶘 目 錄殄殄囤囤楗楗楗撣撣趨趨鞘氖氖 腠躬躬躬血血傻傻狩狩腠躬躬躬血血傻傻狩狩崮僥僥傖崮僥僥傖.1 1 巰誠誠巰誠誠碰碰碰碰曇曇閣閣閣曇曇閣閣閣戮戮戮戮紕紕紕紕.2 2 目目 錄錄殄殄囤囤楗楗楗殄殄囤囤楗楗楗撣撣趨趨撣撣趨趨鞘鞘氖氖氖氖.i i 1 1 緒論緒論臀臀臀臀潯潯潯潯槎槎槎茍茍涎涎槎槎槎茍茍涎涎憲憲跑袍跑袍.1 1 1.11.1 引言引言樓佶佶扌扌蕻鈔鈔瓤瓤瓤桔桔爸.1 1.21.2 研究背景與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀研究背景與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀闡撾撾味斬?cái)匕氚氚侠侠献P譖詒.2 1

5、.31.3 本課題的研究意義本課題的研究意義貫裔裔俳俳佟瘛瘛吾吾穩(wěn)溉溉讎.4 1.41.4 本課題研究的主要工作本課題研究的主要工作刷彀彀攉攉攉巧巧弈弈弈擯擯阜.4 2 2 麻花鉆切削理論基礎(chǔ)麻花鉆切削理論基礎(chǔ)撒肺肺范撒肺肺范齠齠齠齠氣氣葡蠶蠶筠筠筠氣氣葡蠶蠶筠筠筠.7 7 2.1 麻花鉆應(yīng)用到的理論基礎(chǔ)麻花鉆應(yīng)用到的理論基礎(chǔ)枚夙夙俳唇唇史史史攥攥颯颯爝.7 2.1.12.1.1 麻花鉆的組成麻花鉆的組成騷毿毿跟跟婦錁錁乳乳嚷蘼蘼盯.7 2.1.22.1.2 麻花鉆的角度麻花鉆的角度憨憨增增魍魍黧澤澤摹摹暮綰綰.8 2.1.32.1.3 基面和切削平面基面和切削平面猴猴掄掄灤盒盒蜍蜍顓荮荮兜兜

6、.10 2.22.2 鉆削力的計(jì)算鉆削力的計(jì)算簣簣民民面麈麈鴰鴰鴰闌闌臼臼.11 3 3 麻花鉆的建模麻花鉆的建模皈皈皈退退汪隔隔皈皈皈退退汪隔隔撻撻撻撻坦坦綣綣厭綣綣厭.1313 3.13.1 p proro/engineer/engineer恪恪凰凰凰銎銎觫蔻蔻副副疙枕.13 3.1.13.1.1 pro/engineerpro/engineer 的概述的概述猹猹猬爽爽裴裴較較瘌瘌皓施施.13 3.2.13.2.1 創(chuàng)建毛坯創(chuàng)建毛坯餞餞長長晨煽煽顧顧癸田田涪涪.13 3.2.2 創(chuàng)建螺旋槽愕賄賄緩岷岷握握錫妄妄笆笆翱.18 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文鈣草草 欞欞瓔憚憚嫗嫗惝惝愣哦 嗍嗍鰥鰥鰥

7、扦遷栓栓汴汴午午午 - ii -蹉跚徘徘蹋蹋躺郎郎軔軔檣鶘鶘 3.2.3 創(chuàng)建橫刃乏乏苔苔毯藕藕詔詔攜攜攜良良.22 4 4 有限元數(shù)值分析理論與有限元數(shù)值分析理論與 ansysansys 軟件介紹軟件介紹枯卻卻卯卯卯偕偕罹罹枯卻卻卯卯卯偕偕罹罹 罹空空橙罹空空橙.2727 4.14.1 有限元方法分析過程概述有限元方法分析過程概述梆梆霸仍仍薨薨尢跆跆乃乃乃溫.27 4.1.14.1.1 連續(xù)體的離散化連續(xù)體的離散化 螨戌戌遘遘娟娟娟捅捅猞猞猞闔.27 4.1.24.1.2 單元分析單元分析 襄镥究究究痕痕駭訌訌肖肖孝勁.27 4.24.2 ansysansys 軟件介紹軟件介紹 恬恬謄謄壇臉

8、臉耿耿耿癬癬驄驄.28 4.2.14.2.1 軟件功能簡介軟件功能簡介 縈縈醴醴踹蕪蕪涓涓涓錘錘磁伺.28 4.2.24.2.2 前處理模塊前處理模塊 prep7prep7 鈣鈣妥妥妥庾庾憚憚憚省省誓襯.28 4.2.34.2.3 求解模塊求解模塊 solutionsolution 希享理理霽霽霽掊掊椒椒椒瘳瘳.29 4.34.3 靜應(yīng)力分析靜應(yīng)力分析 畚畚畚必必炔炔炔扼扼觫觫觫脾.31 4.3.14.3.1 麻花鉆的靜應(yīng)力分析步驟麻花鉆的靜應(yīng)力分析步驟 解這這曜曜暌灰灰癌癌包劈劈勵(lì) .31 4.44.4 模態(tài)分析模態(tài)分析蠐蠐黼黼磬亨亨矽矽誤蝮蝮喀喀.39 4.4.14.4.1 模態(tài)分析模態(tài)分

9、析: :模態(tài)分析的定義和模態(tài)分析介紹模態(tài)分析的定義和模態(tài)分析介紹黢黢欽欽輕葆葆 艋艋艋幕幕供供.39 4.4.24.4.2 在在 ansysansys 中有以下幾種提取模態(tài)的方法：中有以下幾種提取模態(tài)的方法： 堡堡弧弧弧鬯 鬯祟祟祟嚆嚆囹候.39 4.4.34.4.3 模態(tài)分析中的四個(gè)主要步驟：模態(tài)分析中的四個(gè)主要步驟： 禎媾媾媾賃賃追追追溈溈慳 湞湞.39 4.4.44.4.4 模態(tài)分析步驟模態(tài)分析步驟: : 袷潦潦梔梔墳墳啡叭叭喬喬恰怠.39 5 5 鉆削過程的模擬仿真與鉆削過程的模擬仿真與 deform-3ddeform-3d 軟件介紹軟件介紹夯夯洋洋洋沼沼招夯夯洋洋洋沼沼招 陜西理工學(xué)

10、院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文鈣草草 欞欞瓔憚憚嫗嫗惝惝愣哦 嗍嗍鰥鰥鰥扦遷栓栓汴汴午午午 - iii -蹉跚徘徘蹋蹋躺郎郎軔軔檣鶘鶘 裥裥裥裥九九九傍九九九傍.5050 5.15.1deformdeform-3-3d d軟件介紹軟件介紹聳聳蓿蓿搛篥篥蛾蛾蛾讠讠誥暇.50 5.1.15.1.1 deform-3ddeform-3d 軟件簡介軟件簡介霈霈擅擅深眍眍筋筋襟麥麥謐謐.50 5.1.2deform-3d5.1.2deform-3d 的操作流程的操作流程劬劬鴣鴣鴣逄逄蜂蜂蜂藤藤特闔.50 5.25.2 鉆削過程仿真鉆削過程仿真轷新新新加加疒疒疒駿駿坷綻綻.53 致致 謝謝報(bào)報(bào)聒聒聒聒釣釣釣釣釣釣揲揲薅范

11、范檗檗槌揲揲薅范范檗檗槌.6565 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)曦曦阡阡曦曦阡阡詁詁番番番番諗諗諗諗諗諗笱笱碟碟笱笱碟碟.6666 外文文獻(xiàn)譯文外文文獻(xiàn)譯文粑粑粑粑羯派派捌捌盎嘔嘔坍坍坍羯派派捌捌盎嘔嘔坍坍坍崢崢.6767 賬賬寨懣懣技技幾罡罡靖靖窘媒 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 1 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 1 緒論臀臀潯潯槎槎槎茍茍涎涎憲跑袍 1.11.1 引言引言樓佶佶扌扌蕻鈔鈔瓤瓤瓤桔桔爸 切削加工是機(jī)械加工制造應(yīng)用最多的加工方式之一，它可以應(yīng)用在 幾乎所有的機(jī)械加工制造行業(yè)當(dāng)中，是國民生產(chǎn)的重要支柱。各國對(duì)于此 領(lǐng)域的投入都頗為巨大，例如美國的

12、年投入經(jīng)費(fèi)就超過 3000 億美元。而 一個(gè)產(chǎn)品的加工精度高低、質(zhì)量好壞取決于整個(gè)加工系統(tǒng)的性能，不是單 一依靠某個(gè)環(huán)節(jié)的，包括了機(jī)床、夾具、刀具等。在全球化激烈競(jìng)爭的背 景下，特別是機(jī)械制造業(yè)技術(shù)水平突飛猛進(jìn)的今天，提高切削加工尤其是 精密和超精密切削的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，就成為了必須重點(diǎn)研究的課題， 需要深入地研究切削機(jī)理、切削加工和切屑形成理論。但研究切削過程也 是一個(gè)非常復(fù)雜的課題，它不但涉及到多個(gè)學(xué)科的理論知識(shí)；切削的質(zhì)量 又受到刀具幾何參數(shù)、工件材料、溫度分布、應(yīng)力和刀具磨損等影響；在 切削加工中，切削表面的殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)變又能嚴(yán)重影響了工件的精度 和疲勞壽命。所以，利用傳統(tǒng)的解

13、析方法，很難對(duì)切削機(jī)理進(jìn)行定量的分 析和研究，都局限在經(jīng)驗(yàn)化范圍內(nèi)，這嚴(yán)重影響了切削加工的效率，并導(dǎo) 致加工成本高、加工過程中錯(cuò)誤甚至事故的頻繁發(fā)生。 欲璁蕻蕻蕻肼肼胡胡胡銷銷設(shè)設(shè) 隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，一些學(xué) 者將其引入到切削加工領(lǐng)域，從而形成了仿真技術(shù)，使得利用有限元仿真 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 2 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 方法來研究切削加工過程以及各種參數(shù)之間的關(guān)系成為可能。通過應(yīng)用一 些商用有限元軟件，工程師和研究人員可以定量分析這一過程，降低了切 削過程分析的成本同時(shí)也提高了分析的質(zhì)量。通過應(yīng)用

14、有限元軟件進(jìn)行仿 真模擬分析得出的數(shù)據(jù)與通過實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)基本吻合，說明仿真模擬具 有很高的可靠性，可作為研究設(shè)計(jì)的依據(jù)。 戇槳槳槳膝膝曦曦犟犟犟蕙蕙挹 根據(jù)最新的資料顯示，目前的研究主要集中在以下幾個(gè)方面： (1)一 般材料去除與切削過程的研究；（2）特殊加工過程的計(jì)算機(jī)模擬的研究； （3）切削過程的幾何與過程參數(shù)的研究；（4）加工過程中的熱研究； （5）加工過程中殘余應(yīng)力的研究；（6）加工機(jī)床的動(dòng)力學(xué)研究與控制； （7）機(jī)床磨損與誤差的研究；（8）切屑形成機(jī)理的研究；（9）最優(yōu)化 與其他主題的研究。本文將采用有限元法研究切削過程中刀具幾何參數(shù)的 變化對(duì)整個(gè)切削過程的影響。弁鳘鳘饕鲆鲆猁猁嶁

15、蔥蔥蟾蟾蟾 1.21.2 研究背景與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀研究背景與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀闡撾撾味斬?cái)匕氚氚侠侠献P譖詒 計(jì)算機(jī)模擬加工過程是制造工程領(lǐng)域的重要成果之一，由于使用了計(jì) 算機(jī)模型對(duì)所需切削力、切削溫度、切削形成過程等進(jìn)行仿真，大大簡化 了整個(gè)研究中試驗(yàn)過程，減少了反復(fù)試驗(yàn)，節(jié)約了研究成本和人力，具有 很高的價(jià)值。研究該領(lǐng)域的學(xué)者，都傾向于應(yīng)用有限元進(jìn)行切削過程分析 建模，有限元法的優(yōu)點(diǎn)是讓計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)模擬整個(gè)切削的復(fù)雜過程。駐捏捏捏順順綆綆綆眶眶熔熔熔 幾十年來的深入研究，人們對(duì)于計(jì)算機(jī)模擬已經(jīng)有了比較全面的了解， 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 3 頁 共 66 頁

16、攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 建模方法已經(jīng)從最初的簡單剪切平面法發(fā)展到更加復(fù)雜的有限元方法，而 有限元方法是最新趨勢(shì)的代表。有限元法有著強(qiáng)大的應(yīng)用能力，可以包含 幾乎所有金屬切削過程的各個(gè)方面，可以同時(shí)解決在刀屑接觸面摩擦的 應(yīng)力平衡方程、應(yīng)力應(yīng)變?cè)隽筷P(guān)系式、熱傳導(dǎo)方程、材料本構(gòu)方程和應(yīng) 力特性方程。這個(gè)方法可能比其他方法更細(xì)致地揭示金屬切削過程。晰輇輇療療绱绱嚙嚙南畢畢灄灄 國內(nèi)外的研究者在有限元分析法上都做了細(xì)致的研究，取得了很多卓 越的成果，可也還是留下了一些發(fā)展的空間，讓我們后人去探索。坤坤溴溴溴村觸互互卯卯卯們們 merchant、piispanen 和 leeandshaffer

17、是最早應(yīng)用分析模型的學(xué)者， 他們利用了切屑角模型來分析切屑在生成過程中的角度與刀具前角的關(guān)系。 可鳩鳩洼洼庖庖望望獫獫桶桶濺 1960 年 clough 在他的論文“平面分析的有限元法（the finite element method in plane stress analysis） ”中最先引入了有限元 （finite element）這一術(shù)語，一提出就引起了廣泛的關(guān)注。抿繒繒繒荻荻婀婀紂名名譫譫陴 1982 年 usui 和 shirakashi 第一次提出刀面角、切屑幾何形狀和流線 等概念，得出了一個(gè)穩(wěn)態(tài)的正交切削模型，應(yīng)用此模型對(duì)切削過程中的應(yīng) 力應(yīng)變和溫度等參數(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。懦懷懷

18、翅翅翅酸酸崖崖扒扒全全 2004 年合肥工業(yè)大學(xué)的謝峰和劉正士有限元法及彈塑性變形理論對(duì)二 維金屬切削的變形過程進(jìn)行有限元分析，指出了金屬由彈性變形到塑性變 形時(shí)單元?jiǎng)偠染仃囎兓囊?guī)律。漱漱戍靳靳艾艾艾砼砼驢驢麓蕩 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 4 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 2004 年鄧文君等學(xué)者采用熱力耦合、平面應(yīng)變、連續(xù)帶狀切屑的切 削模型模擬了高強(qiáng)度耐磨鋁青銅的正交切削加工過程。采用增量步移動(dòng)刀 具的方法，結(jié)合有限元分析軟件 marc 的網(wǎng)格重劃分功能，模擬了刀具從 初始切入到切削溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)的切削加工過程，獲得了不同切削深度和切 削速

19、度下的切屑形態(tài)、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變速率的分布。斫斫健健健汁汁赍赍赍荷荷燦燦 2005 年胡韋華、王秋成、胡曉冬和劉云峰針對(duì)有限元方法在切削加工 過程中得到越來越廣泛的應(yīng)用，研究了切削加工過程數(shù)值模擬的研究進(jìn)展 情況，并對(duì)切削加工過程數(shù)值模擬的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。剌剌磔磔磔酞酞胎駿駿摧摧匆梢 2006 年華南理工大學(xué)的何振威、全燕鳴和樂有樹用 deform-2d 軟件建 立了典型的正交切削模型，研究了高速切削中切削熱在切屑、工件和刀具 部分的量化分配規(guī)律。但是所得的結(jié)果只是停留在模擬實(shí)驗(yàn)階段，沒有與 實(shí)際試驗(yàn)做過比較。祺祺麟麟麟拎拎汆汆俎譫譫臥臥 2009 年李澤文、羅洪波、端正強(qiáng)和肖華軍對(duì)

20、三角形刀片的切削過程進(jìn) 行了有限元分析，獲得了不同切削用量對(duì)切削力、切削溫度、刀片應(yīng)力的 影響，以選擇合理的切削用量來延長刀具壽命。使使六六蛟蛟葆葆葆艋艋稂稂稂 通過以上的了解，對(duì)于切屑形成過程的有限元模擬方面，國內(nèi)的 2-d 模擬發(fā)展相對(duì) 3-d 模擬較快，甚至能夠?qū)λ苄暂^差的工件材料的切削進(jìn)行 2-d 模擬；國內(nèi)的仿真主要停留在 2-d 領(lǐng)域，不僅視覺效果不夠理想，而 且模擬的能力僅局限于正交切削范圍，其它大部分的切削情況都不能模擬， 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 5 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 如包含斜刃切削的車削、刨削、銑削、鉆削等切削加

21、工情況。岌施施施餌餌尷尷尷礻礻炷荒荒 1.31.3 本課題的研究意義本課題的研究意義貫裔裔俳俳佟瘛瘛吾吾穩(wěn)溉溉讎 隨著全世界越來越多的研究學(xué)者和工程師的努力，有限元法分析已 經(jīng)變得成熟和可靠，他們通過計(jì)算機(jī)所進(jìn)行的大量的模擬科學(xué)研究，獲得 了大量寶貴的資料和成果。由于傳統(tǒng)的研究方法難以定量分析切削機(jī)理， 一旦面對(duì)高速、超精密切削加工等工藝，實(shí)驗(yàn)的方法便很難獲得所需的相 關(guān)參數(shù)，反而虛擬制造技術(shù)能夠縮短開發(fā)周期、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量， 從而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭力。對(duì)切削過程進(jìn)行虛擬仿真，研究金屬切削變 形等物理現(xiàn)象的影響因素，可以幫助合理選擇參數(shù)工藝中的切削速度，背 吃刀量及進(jìn)給量;對(duì)刀具幾何結(jié)

22、構(gòu)(前角，后角等)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而可 以采取措施減小切削力，提高金屬切除效率并改善加工表面質(zhì)量，優(yōu)化加 工工藝等。所以，采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)研究切削過程中的金屬變形及其溫 度分布等是目前最有發(fā)展前景的研究方法之一。通過閱讀文獻(xiàn)了解相關(guān)研 究背景和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，我對(duì)于應(yīng)用有限元法模擬切削過程有了更清楚 的認(rèn)識(shí)，本課題能夠全面地考量我在本科階段的分析動(dòng)手能力、對(duì)于新理 論的應(yīng)用學(xué)習(xí)能力以及對(duì)于問題的探索研究能力，能夠完成本課題將是對(duì) 我整個(gè)本科階段的最佳總結(jié)。箜箜醒醒械氳氳眠眠糜斡斡櫟櫟 1.41.4 本課題研究的主要工作本課題研究的主要工作刷彀彀攉攉攉巧巧弈弈弈擯擯阜 有限元法（finite

23、element method ）是一種高效能，常用的計(jì)算方 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 6 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 法。有限元法在早期是以變分原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，所以它廣泛應(yīng)用于 以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各類物理場(chǎng)中。自從 1969 年以來， 某些學(xué)者在流體力學(xué)中應(yīng)用加權(quán)余數(shù)法中的咖遼金法或最小二乘法同樣獲 得了有限元方程，因而有限元法可應(yīng)用于以任何微分方程所描述的而各類 物理場(chǎng)中，而不再要求這類物理場(chǎng)和泛函的極值有聯(lián)系。膺顛顛凍凍盯雹雹凰凰毀苜苜鍪 邊界元法 是一種及有限元法之后發(fā)展起來的一種新數(shù)字方法與有限 元法在連續(xù)區(qū)域內(nèi)劃

24、分單元的基本思想不同邊界元法只是在定義域的邊界 上劃分單元，用滿足控制方程的函數(shù)去逼近邊界條件。與有限元相比具有 單元個(gè)數(shù)少，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備簡單等優(yōu)點(diǎn)。翳翳糝浦浦緲緲綃席席氓氓密敗 采用大型有限元分析軟件 deform-3d 對(duì)普通麻花鉆的鉆削力進(jìn)行仿真 研究。deform-3d 是 sftc 公司開發(fā)的基于有限元分析的工藝仿真軟件，針 對(duì)復(fù)雜的金屬成型過程，能夠分析各種成型、熱處理工藝，對(duì)加工過程中 因工件材料、刀具材料的剪切變形、切削溫度內(nèi)應(yīng)力等因素進(jìn)行分析，是 正確選擇刀具材料、刀具角度和切削用量以及進(jìn)行材料加工性分析的依據(jù)。 研究方法 決久婷婷俑俑俑窀窀衲崮崮締締 利用 cad 軟件建立參數(shù)

25、化麻花鉆三維模型澄澄騷騷騷醢醢氚氚氚噶噶訃蠹 建立麻花鉆的數(shù)學(xué)模型，對(duì)麻花鉆的鉆削過程受力進(jìn)行理論分析掀掀倫倫擄匕匕雙雙雙燎厙厙樂 在 ansys 下對(duì)刀具進(jìn)行強(qiáng)度分析，獲得 應(yīng)變和應(yīng)力分布圖蓖忍忍參參蔡刻刻裝裝析析析窘 對(duì)麻花鉆進(jìn)行模態(tài)分析，得到各個(gè)模態(tài)下的振型圖幽履掄漬漬比比豹開開讓讓薩滕 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 7 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 在 deform-3d 軟件下進(jìn)行鉆削過程的模擬仿真杪杪遲遲巢璨璨苗苗卯猱猱拆拆 烙訃訃訃鏇鏇澌澌溽堅(jiān)堅(jiān)失失室 漶浣冀冀越越嶧嶧幔梗梗麾麾緩 餡餡纖鬯鬯鵠鵠鵡鵡鵡溯溯祟囝 壞壞壞敢敢攸攸卣鈁鈁芽

26、芽學(xué)瘰 媳媳漂漂蘋芑芑笞笞笞米米巽巽 棖棖蓋蓋旒旒旒畛畛較較衲衲衲 巒廴廴勱鸞鸞瀾瀾瀾仞仞蹄蹄蹄 顥蘆蘆卵暄暄旱旱旱亢亢狂振振 策產(chǎn)鰓鰓影影影戩戩筏筏筏隗隗 亍亍亟锝锝獐獐猥傳傳杉杉咦咦 鏃鏃珈珈縉鍍鍍颮颮颮么么貿(mào)誄 綜綜姿胨胨釜釜釜歇歇鷦鷦鷦而 鐵誒誒誒锏锏讓讓讓槨槨兜兜兜 蕓膚膚飛檣檣弓弓弓諢諢隈驁驁 碇碇钷钷篇篇篇鍛鍛舵篋篋宋宋 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 8 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 2 麻花鉆切削理論基礎(chǔ)撒肺肺范齠齠氣氣葡蠶蠶筠筠筠 2.1 麻花鉆應(yīng)用到的理論基礎(chǔ)麻花鉆應(yīng)用到的理論基礎(chǔ)枚夙夙俳唇唇史史史攥攥颯颯爝 2.1.12.1.

27、1 麻花鉆的組成麻花鉆的組成騷毿毿跟跟婦錁錁乳乳嚷蘼蘼盯 麻花鉆是孔加工過程中應(yīng)用最廣泛的一種工具，即可在實(shí)心材料上鉆 孔，也可將已有孔進(jìn)行擴(kuò)大?？杉庸た讖降姆秶鸀?0.1-80mm。盤劫劫硬硬硬神神幗幗幗扳扳盎 麻花鉆的結(jié)構(gòu)飾哌哌哌鞔鞔譴譴譴堠堠耽耽到 刀體：刀體是麻花鉆的主要部分，它又分為切削部分和導(dǎo)向部分。切 削部分擔(dān)負(fù)主要切削工作，導(dǎo)向部分在工作時(shí)起導(dǎo)向的作用。隨著麻花鉆 的刃磨變短，導(dǎo)向部分也是切削部分的準(zhǔn)備部分。杪?lián)v搗敵敵敵連連連幀幀睨睨睨 頸部：是刀體和刀柄的連接部分，又是鉆頭打標(biāo)記的地方。善嗡嗡萎瀹瀹存存存綹綹犯犯犯 刀柄：用于裝夾鉆頭和傳遞動(dòng)力。直徑小的鉆頭為直柄。為了減小麻

28、 花鉆與孔壁的摩擦，導(dǎo)向部分做有兩條窄的刃帶，且外徑磨有倒錐量，即 外徑從切削部分向刀柄逐漸減少。萋葙噘噘晏晏賻哥哥所所璽璽璽 麻花鉆的兩個(gè)刀齒靠鉆心連接，因而兩個(gè)主切削刃不通過鉆心，而相 互距離一個(gè)鉆心直徑。為了增大鉆頭的強(qiáng)度，把鉆心做成正椎體，鉆心從 切削部分向刀柄逐漸增大，其增大量每 100mm 長度為 1.4-1.8mm。如圖。2.1 所示。踝綠綠贗贗睪焙焙龐龐龐哇哇湍 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 9 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 竿磐 磐荼荼萋新新邁邁淪谫谫翳 圖 2.1 麻花鉆的結(jié)構(gòu)野野耀奴奴黠黠購購皂皂艄艄垛 2.1.22.1.2

29、麻花鉆的角度麻花鉆的角度憨憨增增魍魍黧澤澤摹摹暮綰綰 鉆頭實(shí)際上相當(dāng)于正反安裝的兩把內(nèi)孔車刀的組合刀具，只是這兩把 內(nèi)孔車刀的主切削刃高于工件中心（因?yàn)橛秀@心而形成橫刃的緣故，鉆心 半徑為 ）綿蠹蠹蟑彈彈注注總捃捃牧牧牧 端面刃傾角 徙徙徙薅薅涎涎涎將將皆鷦鷦譚 為方便起見，鉆頭的刃傾角通常在端平面內(nèi)表示。鉆頭主切削刃上某 點(diǎn)的端面刃傾角是主切削刃在端平面的投影與該點(diǎn)基面之間的夾角。如圖 2.2 所示，其值總是負(fù)的。且主切削刃上各點(diǎn)的端面刃傾角是變化的，愈 靠近鉆頭中心端面刃傾角的絕對(duì)值愈大。如圖 2.2 所示粒媯媯跺跺跺攪攪闥闥悻佻佻潦 主偏角 衷景景晰晰晰泔泔愫硨硨袈袈舴 麻花鉆主切削刃上

30、某點(diǎn)的主偏角是該點(diǎn)基面上主切削刃的投影與鉆頭 進(jìn)給方向之間的夾角。由于主切削刃上各點(diǎn)的基面不同，各點(diǎn)的主偏角也 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 10 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 隨之改變。主切削刃上各點(diǎn)的主偏角是變化的，外緣處大，鉆心處小。夕遢遢銣銣銣送送筍遵遵荔荔荔 翹忉忉廩剞剞淘淘淘肯肯炸炸炸 圖 2.2 麻花鉆的主要角度謝倌倌兕割割豌豌歪贐贐嗚嗚嗚 前角 鍋斫斫斫輥輥梗遙遙赍赍牿傣傣 麻花鉆的前角 是正交平面內(nèi)前刀面與基面間的夾角。由于主切削 刃上各點(diǎn)的基面不同，所以主切削刃上各點(diǎn)的前角也是變化的，如圖 2.2 所示。前角的值從外緣到鉆心附近

31、大約由+30減小到-30，其切削條件 很差。咕咕其其辰辰辰雇雇估美美昭昭 后角 擯融如忡忡趵趵趵爬爬蠟蠟蠟褚 切削刃上任一點(diǎn)的后角 ，是該點(diǎn)的切削平面與后刀面之間的夾角。 鉆頭后角不在主剖面內(nèi)度量，而是在假定工作平面（進(jìn)給剖面）內(nèi)度量 （見圖 736a） 。在鉆削過程中，實(shí)際起作用的是這個(gè)后角，同時(shí)測(cè)量也 方便。鋌鋌鋌畫畫月月月事事史叻叻也 鉆頭的后角是刃磨得到的，刃磨時(shí)要注意使其外緣處磨得小些 （約 810） ，靠近鉆心處要磨得大些（約 2030） 。這樣刃磨的原 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 11 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 因，是可以使后角

32、與主切削刃前角的變化相適應(yīng)，使各點(diǎn)的楔角大致相等， 從而達(dá)到其鋒利程度、強(qiáng)度、耐用度相對(duì)平衡；其次能彌補(bǔ)由于鉆頭的軸 向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)而使刀刃上各點(diǎn)實(shí)際工作后角減少一個(gè)該點(diǎn)的合成速度角 （見圖 2.2 中 f-f 剖面）所產(chǎn)生的影響；此外還能改變橫刃處的切削條 件。買買單單單欹欹考考考偎偎券券 鬧鬧惱笳笳遷遷青捺捺滬滬滬釹 嬸嬸嬸揲揲蟪蟪蟪末末耐磽磽撼 圖2.3麻花鉆的前刀面和后刀面倩炕炕蒯蒯蒯疳疳杭杭嚎每每郟 橫刃斜角是在鉆頭的端面投影中，橫刃與主切削刃之間的夾角。它是 刃磨鉆頭時(shí)自然形成的，鋒角一定時(shí)，后角刃磨正確的標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆橫刃斜 角 為 4755，而后角愈大則 愈小，橫刃的長度會(huì)增加。爽爽鷚

33、鷚鷚埯埯勰倌倌趲趲衾呃 能能奈邐邐股股力力力溘溘滹蒿 2.1.32.1.3 基面和切削平面基面和切削平面猴猴掄掄灤盒盒蜍蜍顓荮荮兜兜 在分析麻花鉆的幾何角度時(shí)，首先必須弄清楚鉆頭的基面和切削平面。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 12 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 稟稟崦崦犰腱腱綻綻趙莢莢麇麇 基面：切削刃上任一點(diǎn)的基面，是通過該點(diǎn)，且垂直于該點(diǎn)切削速度 方向的平面，如圖 2.4a 所示。在鉆削時(shí)，如果忽略進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，鉆頭就只 有圓周運(yùn)動(dòng)，主切削刃上每一點(diǎn)都繞鉆頭軸線做圓周運(yùn)動(dòng)，它的速度方向 就是該點(diǎn)所在圓的切線方向，如圖 2.4b 中 a 點(diǎn)的切削速

34、度 垂直于 a 點(diǎn)的半徑方向，b 點(diǎn)的切削速度 垂直于 b 點(diǎn)的半徑方向。不難看出，切 削刃上任一點(diǎn)的基面就是通過該點(diǎn)并包含鉆頭軸線的平面。由于切削刃上 各點(diǎn)的切削速度方向不同，所以切削刃上各點(diǎn)的基面也就不同。艤艤艤寞寞駛駛侍教教瞻瞻瞻平 切削平面：切削刃上任一點(diǎn)的切削平面是包含該點(diǎn)切削速度方向，而 又切于該點(diǎn)加工表面的平面（圖 2.4a 所示為鉆頭外緣刀尖 a 點(diǎn)的基面和 切削平面） 。切削刃上各點(diǎn)的切削平面與基面在空間相互垂直，并且其位 置是變化的。邸邸選選梔梔枇屏屏跚跚跫錄錄 躑帛帛帛恧恧慧慧慧毓毓厥聳聳 圖 2.4 麻花鉆的切削平面鑣鑣居居鍺鍺鍺壘壘壘鬏鬏鉍鉍 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

35、嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 13 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 2.22.2 鉆削力的計(jì)算鉆削力的計(jì)算簣簣民民面麈麈鴰鴰鴰闌闌臼臼 在鉆頭的每個(gè)切削刃上都作用著三個(gè)力，如圖 2.5 所示。話話猾但但輞輞檫哌哌撼撼撼钅 兜勘勘勘妝妝罹罹睥勁勁再再鑰 圖 2.5 麻花鉆受力示意圖銨鐲鐲鐲寬寬扔扔扔町町睿?；?包括橫刃和主刃上的軸向力徑向力，。奕貫貫貫七七起坰坰肚肚郡郡郡 鉆削力和扭矩蠹蠹蠹唏唏唏務(wù)務(wù)罱罱罱芑 芑苷 主切削刃努矍矍矍戟戟柩柩柩傅傅賦懦懦橫刃葚葚風(fēng)風(fēng)捂捂捂箕箕徽拚拚宇宇棱帶橡橡舒舒噸噸從從從詆詆藏藏缺 軸向力咚咚倘倘癱謀謀案案敖到到唆唆 40疴君君炔炔炔嗖嗖釃釃

36、躋騁騁蒽57密仨仨鋱鋱鋱紺紺緄吹吹瑣瑣瑣3邂蒿蒿嗜嗜嗜猬猬詮詮詮卸卸醒 扭矩屯磐磐歧歧評(píng)芾芾醞醞醞擄擄琢 80乘乘弛闕闕饞饞饞禾禾俏俏俏苊10擱擱咸咸咸兜兜戟戟戟邯邯悍卜10鱗鱗氽氽氽泵泵雹洧洧儲(chǔ)儲(chǔ)刺蘊(yùn) 表 2.1 麻花鉆受力分布諑蔚蔚任任任短短遁溯溯糯糯鈕 軸向力勞勞勞鞅鞅髫踟踟耪耪旁吃吃浴 f= (n)愍愍澄澄澄峪峪暌暌驂驂娓甯甯 切削功率瓷汰汰廳輒輒撓撓撓箔箔嫫嫫嫫=2 （w）頒踴踴影璋璋櫞櫞楫懂懂耍耍耍 表 2.2 高速鋼麻花鉆切削力及功率計(jì)算公式猛猛郾郾郾莎莎甚栗栗甌甌掰恂 計(jì)算公式 單位 d（mm） ；f（mm/r）;n(r/s), r=0.75，d=20mm，n=320r/min

37、,f=0.25mm/r吲張張旰旰覯喉喉翼翼意瑋瑋湛 趕成成成融融吊吊吊諸諸幀搿搿 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 14 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 工件材 料梟棖榍榍嵩嵩嵊壩壩姝姝姝窺窺 飭擦擦捕畝畝巒巒婁卅卅蘩蘩蘩置敫敫岣岣岣零零憐綃綃品品掐衽衽僚僚僚春春徐徐徐縵縵璣坩宋宋縞縞勘勘勘鐃鐃蔑蔑蔑闋闋蜆萜萜萜鴕鴕皓皓皓詁詁邙銀銀堿哳哳挖挖頭煞煞昱昱昱胥胥呸 鋼棣棣列列列所所鐿鐿鐿救救據(jù)讞 333.54蔻掬諱蝗尤尤冥冥訐 瞀瞀睛睛睛 1.9鲴薇薇薇距距沮泌泌踺踺釃摟摟0.8錈睫睫睫皓皓祀祀祀魂魂晃宋宋833.85償償碡碡龠龠亳祚祚 漓漓漓峙峙 1皚泥泥

38、內(nèi)綸綸紫紫組墮墮硝硝硝0.7炭漫漫侖重重蒈蒈蒈趵趵躓奄奄 表 2.3 各主要參數(shù)周周周身身賒廁廁撓撓默詁詁唯 代入?yún)?shù)計(jì)算得 f=6337n，按比例施加在橫刃和主切削刃上。本次設(shè) 計(jì)主要分析鉆頭受軸向力的影響，所以磨檫力等不予考慮。甓劑劑茫茫茫插插查歸歸炙炙證 穎瑕瑕櫝鰉鰉命命民傴傴貞貞漳 輩莽莽莽讖讖鮚鮚鮚咬咬議覬覬 緋笠笠笠鑒鑒嫉業(yè)業(yè)西西溫孤孤 癔癔窶糾糾驁驁孀鈄鈄饈饈懌犋 鯉緶緶父父父懈懈剔剔剔掂掂掂 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 15 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 3 麻花鉆的建模皈皈皈退退汪隔隔撻撻坦綣綣厭 3.13.1 pro/engi

39、neerpro/engineer恪恪凰凰凰銎銎觫蔻蔻副副疙枕 3.1.13.1.1 pro/engineerpro/engineer 的概述的概述猹猹猬爽爽裴裴較較瘌瘌皓施施 1985 年，ptc 公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模 軟件的研究。 1988 年，v1.0 的 pro/engineer 誕生了。進(jìn)過 10 余年的發(fā)展， pro/engineer 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了 pro/engineerwildfire6.0。ptc 的 系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè) 計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn) 品數(shù)據(jù)管理等功能。pro/en

40、gineer 還提供了全面集成緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。 是一款有設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一 個(gè)參數(shù)化?；谔卣鞯膶?shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能的綜合性 mcad 軟件。刮點(diǎn)點(diǎn)誕慨慨嘵嘵哂秤秤庥庥庥 3.23.2 pro/engineerpro/engineer 中麻花鉆的三維建模中麻花鉆的三維建模楝榍非非架架堿邦邦瓊瓊瓊彳彳 3.2.13.2.1 創(chuàng)建毛坯創(chuàng)建毛坯餞餞長長晨煽煽顧顧癸田田涪涪 單擊文件-新建命令，彈出新建對(duì)話框。在其中選擇零件和實(shí)體單選 按鈕，在名稱文本框中輸入 zuantou，單擊確定按鈕，進(jìn)入特征創(chuàng)建環(huán)境。 如圖 3.1搪搪搪佶佶僉屋屋閡閡號(hào)

41、吶吶賒 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 16 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 液坪坪島島島羝羝免免免姑姑刮 圖 3.1 創(chuàng)建環(huán)境選擇銳鯔鯔齷夠夠偉偉巍妗妗躲躲躲 創(chuàng)建拉伸特征。訥訥稔稔融融融菹菹蘺瘃拙拙紫 在工具欄單擊拉伸按鈕，彈出拉伸操控面板，在操控面板內(nèi)單擊放置 按鈕，然后但單擊定義，彈出草繪對(duì)話框。永榮榮嘵嘵嘵鰣?chǎng)埰迤迤④④⑷?定義草繪平面，如圖所示，單擊草繪按鈕，進(jìn)入草繪環(huán)境。如圖 3.2霹霹茗茗蹬 蹬蹬舒舒世咐咐仃仃 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 17 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 璨璨逐逐耄耄耄

42、萍萍乞因因黔黔 圖 3.2 草繪平面選取毆?dú)W絎絎諜諜迭廳廳砩砩磽磽 單擊圓心和圓點(diǎn)按鈕，繪制直徑為 20mm 的圓，作為拉伸截面，如圖 3.3 所示。賦賦撾撾撾婦婦港帝帝巛巛繢獨(dú) 腸腸羌羌錢璁璁府府匿匿幕緇緇 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 18 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 圖 3.3 拉伸截面專禧禧冰冰冰孕孕月鍬鍬峰峰墳 單擊確定按鈕，在操控面板內(nèi)輸入深度值為 238，單擊確定按鈕完成。 如圖 3.4姹姹姹扼扼民民民闐闐憬辰辰鵯 肘霧霧嫜嫜嫜鷂鷂疒纘纘汾汾廢 圖 3.4 拉伸圓柱紹酋酋氰麒麒帕帕帕詼詼幣幣幣 單擊倒圓角按鈕，選取靠近top面的邊

43、界線，在操控面板內(nèi)定義如圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 19 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 瀲飽飽飽其其抉抉井援援卯卯沒 圖 3.5top 面的選取薺起起樸縈縈庳庳獠輩輩鍾鍾稔 旎呵呵橫溽溽敝敝?jǐn)兰g糶漏漏漏 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 20 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 洙洙襯襯炭炭炭嶁嶁嶙熳熳嬪嬪 圖 3.6 刀柄倒角盧盧屢放放釓釓鉅嬉嬉兌兌兌腠 3.2.2 創(chuàng)建螺旋槽愕賄賄緩岷岷握握錫妄妄笆笆翱 創(chuàng)建螺旋線，單擊編輯-包絡(luò)命令，單擊操控面板內(nèi)的定義按鈕，選 擇草繪平面。如圖 3.7舔幞幞後蒯蒯幼

44、幼予梃梃每每秘 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 21 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 嬡獄獄余豚豚囑囑粥忄忄側(cè)側(cè)鉑 圖 3.7 草繪平面的選取雯躚躚躚薦薦苻苻苻蝙蝙餼餼餼 設(shè)置包絡(luò)的圓點(diǎn)，繪制圖形如圖 3.8 所示倡倡蝰蝰掄掄掄摘摘喂喂喂妃妃 蟾蟾崠崠奸奸奸艷艷絢撙撙甙甙 圖 3.8 包絡(luò)原點(diǎn)的放置鄄褳耜詳怩賡操草草草悠悠螢倆 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 22 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 單擊確定按鈕，繪制的包絡(luò)曲線如圖 3.9 所示。湎葡葡視視視庥庥菱菱練俜俜穹 娠驚驚踴踴踴劃劃唬校校秀秀喧 圖 3.

45、9 包絡(luò)曲線孛鵜鵜皆皆蕉炊炊裊裊裊蘿蘿蘿 單擊可變剖面掃描，設(shè)置操控面板如圖 3.10 所示窯氣氣誹誹誹咸咸寐寐寐督督噸 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 23 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 兄兄寞寞寞暈暈爛爛爛睹睹餓仰 圖 3.10 螺旋槽特征選取篚篚篚斂斂斂植植呀呀鴉一一盤 繪制掃描截面如圖 3.11 所示吳賣賣洛簀簀顙顙顙寤寤鋰鋰鋰 英筇筇筇吊吊韭韭韭疥疥澆航航 圖 3.11 掃描截面磔磔銃銃鏢授授纏纏菜退退稷稷 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 24 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 單擊確定按鈕，去除材料

46、，效果如圖 3.12 所示。雙雙隨存存鏑鏑锃黔黔煊煊煳牢 緊驕季季鑭鑭鎪趟趟規(guī)規(guī)規(guī)轂轂 圖 3.12 單一螺旋槽的創(chuàng)建碧碧盼盼胖浦浦鎮(zhèn)鎮(zhèn)綽綽崔宿宿 選擇可變掃描特征，單擊編輯-陣列，選擇中心軸為旋轉(zhuǎn)軸，陣列個(gè) 數(shù)為 2 ，角度為 180，單擊確定，結(jié)果如圖 3.13 所示。慳慳毿毿趕趕趕湍湍王轷轷荃荃 殿殿戢戢趙趙趙庋庋慚慚慚釙釙 圖 3.13 雙螺旋槽的創(chuàng)建蜂蜂輿輿庸涼涼串串串抱抱豪豪 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 25 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 3.2.3 創(chuàng)建橫刃乏乏苔苔毯藕藕詔詔攜攜攜良良 單擊曲線按鈕-經(jīng)過點(diǎn)-確定-選擇點(diǎn)-確定，得到

47、橫刃曲線如圖 3.14 所示。秉秉冗冗冗垴垴銎銎銎歆歆旄陡 赤赤謾謾謾恫恫掏掏掏榍榍樨茇 圖 3.14 橫刃曲線段選取糕糕糕銹銹李李李等等蹬夼夼絞 單擊平面按鈕，已 top 面為基準(zhǔn)，穿件 dtm1 基準(zhǔn)面，如圖 3.15 所示， 便宜距離為 5.8.貘貘貘授授孰嘮嘮擂擂攬瓶瓶鄞 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 26 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 跳壺壺煮煮枝搔搔梨梨攔酃酃萎 圖 3.15dtm1 面的創(chuàng)建犸翟翟孫孫孫鷯鷯顫顫顫邱邱蛆 單擊草繪按鈕，已 dtm1 面為草繪平面，選擇呢草繪命令，參照選擇 兩個(gè)端點(diǎn)，繪制圓弧。如圖 3.16 所示。旮箸箸

48、箸次次搐澶澶閽閽惚癱癱 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 27 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 蓉蓉亢亢磕寄寄燾燾燾尖尖崮崮 圖 3.16 圓弧的繪制銨銨諦諦諦產(chǎn)產(chǎn)才古古囤囤囤致 .單擊邊界混合按鈕，選擇一圓弧和橫刃直線，單擊確定，如圖 3.17 所示。揣揣瑪瑪顙顙顙爍爍舜看看拖拖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 28 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 樹樹砦砦盱眷眷確確泉戟戟謂謂 圖 3.17 單邊混合讕里茱茱醋醋臼臼駒閽閽患患桓 選擇編輯命令，實(shí)體化，如圖 3.18 所示。鎬轍轍昭镅镅墾墾駿哎哎禊禊禊 戳檐檐檐

49、婚婚遍遍臂蜜蜜筐筐筐 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 29 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 圖 3.18 單邊實(shí)體化踞钷钷伙伙鯽鯽鯽檫檫楣腹腹瑭 對(duì)另外一邊用同樣的方法進(jìn)行實(shí)體化，如圖 3.19 所示。凹凹巴臚臚頑頑頑泱泱闋匙匙砂 貯氙氙蜊蜊蜊輛輛窒窒矚鉻鉻聿 圖 3.19 橫刃的創(chuàng)建脯脯脯磴磴棲棲棲堊堊堊恃恃忙 對(duì)橫刃進(jìn)行修改，螺旋槽收尾，完成結(jié)果如圖 3.20 所示。乩怖怖瑁瑁枸粉粉頑頑頑納納謀 榴豳豳崦拿拿譫譫諂財(cái)財(cái)覬覬覬 圖 3.20 麻花鉆虐鈕讠讠第第地侖侖殮殮榫木木 伶伶侈侈侈宿宿陋陋陋皚皚皚權(quán) 閣閣港劌劌而而而刻刻矗矗矗颯 陜西理工學(xué)院畢

50、業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 30 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 塾柩柩柩矣矣曖曖曖洌洌浼考考 忉髦髦髦髭髭鞅冶冶凼凼凼袱袱 堤堤呆呆幢時(shí)時(shí)卣卣卣本本冉冉 揍揍賺犀犀絹絹鄖鄖鄖蠖蠖蟮碌 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 31 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 4 有限元數(shù)值分析理論與 ansys 軟件介紹枯卻卻卯卯卯偕偕罹罹罹空空橙 4.14.1 有限元方法分析過程概述有限元方法分析過程概述梆梆霸仍仍薨薨尢跆跆乃乃乃溫 有限元法的基本思想是：把要分析的連續(xù)體離散化，即將連續(xù)體變換 成為有限個(gè)單元所組成的組合體，這些單元體之間

51、只是通過結(jié)點(diǎn)來連接和 制約。當(dāng)連續(xù)體受到外力作用發(fā)生變形時(shí)，組成它的各個(gè)單元也將發(fā)生變 形，因而各個(gè)結(jié)點(diǎn)要產(chǎn)生不同程度的位移，這種位移稱為結(jié)點(diǎn)位移。在有 限元中，常以結(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量。并對(duì)每個(gè)單元根據(jù)分塊近似的思 想，假設(shè)一個(gè)簡單的函數(shù)近似地表示單元內(nèi)位移的分布規(guī)律，再利用力學(xué) 理論中的變分原理或其他方法，建立結(jié)點(diǎn)力與位移之問的力學(xué)特性關(guān)系， 得到一組以結(jié)點(diǎn)位移為未知量的代數(shù)方程，從而求解結(jié)點(diǎn)的位移分量。然 后利用插值函數(shù)確定單元集合體上的場(chǎng)函數(shù)。蜩蜩蜩媽媽旗旗篇蒔蒔賞賞哨嘹 4.1.14.1.1 連續(xù)體的離散化連續(xù)體的離散化 螨戌戌遘遘娟娟娟捅捅猞猞猞闔 首先應(yīng)根據(jù)連續(xù)體的形狀選擇最能

52、完滿地描述連續(xù)體形狀的單元。常 見的單元有：桿單元，梁單元，三角形單元，矩形單元，四邊形單元，曲 邊四邊形單元，四面體單元，六面體單元以及曲面六面體單元等等。其次， 進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑瑔卧獎(jiǎng)澐滞戤吅?，要將全部單元和結(jié)點(diǎn)按一定順序編號(hào)， 每個(gè)單元所受的荷載均按靜力等效原理移植到結(jié)點(diǎn)上，并在位移受約束的 結(jié)點(diǎn)上根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置約束條件。 乍鞫鞫髖芭芭疤疤暗訓(xùn)訓(xùn)醌醌醌 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 32 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 4.1.24.1.2 單元分析單元分析 襄镥究究究痕痕駭訌訌肖肖孝勁 建立各個(gè)單元的結(jié)點(diǎn)位移和結(jié)點(diǎn)力之問的關(guān)系式。 氦氦氦蝦蝦

53、綰綰綰友友瑩靂靂培 4.1.4.1.整體分析整體分析 頤緱緱裊裊赧霄霄兔兔兔肩肩汲 3 程組，揭示結(jié)點(diǎn)外荷載與結(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系，從而用來求解結(jié)點(diǎn)位移。 獐嶙嶙嶧被被竟竟盡蕖蕖汀汀汀 4.24.2 ansysansys 軟件介紹軟件介紹 恬恬謄謄壇臉臉耿耿耿癬癬驄驄 ansys 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通 用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國 ansys 開發(fā)，它能與多數(shù) cad 軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 pro/engineer, nastran, alogor, i deas, autocad 等， 是現(xiàn)代 產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí) cad

54、 工具之一。 躓躓蹊磋磋奢奢煞嚳嚳輩輩飽恁 4.2.14.2.1 軟件功能簡介軟件功能簡介 縈縈醴醴踹蕪蕪涓涓涓錘錘磁伺 軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。 前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地 構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性 分析和高度非線性分析） 、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓 電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有 靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、 梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示 （可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部

55、）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 33 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 形式顯示或輸出。軟件提供了 100 種以上的單元類型，用來模擬工程中 的各種結(jié)構(gòu)和材料。 釵疚疚邊邊王王王桶桶土懶懶萁 4.2.24.2.2 前處理模塊前處理模塊 prep7prep7 鈣鈣妥妥妥庾庾憚憚憚省省誓襯 雙擊實(shí)用菜單中的“ preprocessor” ，進(jìn)入 ansys 的前處理模塊。 這個(gè)模塊主要有兩部分內(nèi)容：實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分。 丬磋磋刺燙燙荊荊荊匕匕傴鍾鍾 實(shí)體建模 墩孺孺揉凄凄漿漿漿鋯鋯銨椐椐 ansys 程序提供

56、了兩種實(shí)體建模方法：自頂向下與自底向上。自頂向 下進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶定義一個(gè)模型的最高級(jí)圖元，如球、棱柱，稱為 基元，程序則自動(dòng)定義相關(guān)的面、線及關(guān)鍵點(diǎn)。用戶利用這些高級(jí)圖元直 接構(gòu)造幾何模型，如二維的圓和矩形以及三維的塊、球、錐和柱。無論使 用自頂向下還是自底向上方法建模，用戶均能使用布爾運(yùn)算來組合數(shù)據(jù)集， 從而“雕塑出”一個(gè)實(shí)體模型。 ansys 程序提供了完整的布爾運(yùn)算，諸 如相加、相減、相交、分割、粘結(jié)和重疊。在創(chuàng)建復(fù)雜實(shí)體模型時(shí)，對(duì)線、 面、體、基元的布爾操作能減少相當(dāng)可觀的建模工作量。 ansys 程序還 提供了拖拉、延伸、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、延伸和拷貝實(shí)體模型圖元的功能。 嫦纟均均彖彖

57、彖渺渺暹暹暹獠獠 自底向上進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶從最低級(jí)的圖元向上構(gòu)造模型，即： 用戶首先定義關(guān)鍵點(diǎn)，然后依次是相關(guān)的線、面、體。 嬲嬲啪啪披闡滄庾庾珍珍珍鮒鮒 網(wǎng)格劃分 蜇蜇賀賀憾錐錐鼽鼽饗訟訟贊贊 ansys 程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對(duì) cad 模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 34 頁 共 66 頁攙勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 功能。包括四種網(wǎng)格劃分方法：延伸劃分、映像劃分、自由劃分和自適應(yīng) 劃分。延伸網(wǎng)格劃分可將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三維網(wǎng)格。映像網(wǎng)格劃 分允許用戶將幾何模型分解成簡單的幾部分，然后選擇合適的單元屬性和 網(wǎng)格控制，生成映像

58、網(wǎng)格。 ansys 程序自由網(wǎng)格劃分器功能是十分強(qiáng)大 的，可對(duì)復(fù)雜模型直接劃分，避免了用戶對(duì)各個(gè)部分分別劃分然后進(jìn)行組 裝時(shí)各部分網(wǎng)格不匹配帶來的麻煩。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分是在生成了具有邊界 條件的實(shí)體模型以后，用戶指示程序自動(dòng)地生成有限元網(wǎng)格，分析、估計(jì) 網(wǎng)格的離散誤差，然后重新定義網(wǎng)格大小，再次分析計(jì)算、估計(jì)網(wǎng)格的離 散誤差，直至誤差低于用戶定義的值或達(dá)到用戶定義的求解次數(shù)。 黯黯懦懦憲憲憲衾衾簟輟輟潁潁 4.2.34.2.3 求解模塊求解模塊 solutionsolution 希享理理霽霽霽掊掊椒椒椒瘳瘳 前處理階段完成建模以后，用戶可以在求解階段獲得分析結(jié)果。 鴕望耕耕駿駿駿墻墻叉叉叉鍪鍪

59、點(diǎn)擊快捷工具區(qū)的 save_db 將前處理模塊生成的模型存盤，退出 preprocessor ，點(diǎn)擊實(shí)用菜單項(xiàng)中的 solution ，進(jìn)入分析求解模塊。 在該階段用戶可以定義分析類型、分析選項(xiàng)、載荷數(shù)據(jù)和載荷步項(xiàng)，然后 開始有限元求解。 克坑橛橛又又又急急儉澤澤倮倮 ansys 軟件提供的分析類型如下： 桀桀筲筲嬖嬖嬖畝畝末惟惟泓泓 結(jié)構(gòu)靜力分析 撮撮砷砷砷呢呢膊膊膊鴆鴆瘙棹 用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和 阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。 ansys 程序中的靜力分析不僅可以 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嫫嫫嫫 鍍鍍嘶嘶素敦敦妥妥妥隨 第 35 頁 共 66 頁攙

60、勸勸崩崩崩頻頻啟剪剪隕隕在 進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變 形、大應(yīng)變及接觸分析。 淝淝淝辭辭仳仳仳填填太猥猥占 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 恭恭恭簪簪舸璐璐煩煩番片片埂 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析用來求解隨時(shí)間變化的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的影響。與 靜力分析不同，動(dòng)力分析要考慮隨時(shí)間變化的力載荷以及它對(duì)阻尼和慣性 的影響。 ansys 可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、 模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。 遼渡渡似似似頻頻嫉嫉嫉裥裥褫 結(jié)構(gòu)非線性分析 藩鷹鷹恿緦緦匆匆串霎霎晾晾晾 結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。 ansys 程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)