機床有限元模態(tài)分析

1、機床有限元模態(tài)分析有限元法是一種H前被廠泛使用的，應(yīng)用J解決8類結(jié)構(gòu)特性分析的方袪-其有著能冊甘址聽問題進廳求解的能力井且求解結(jié)果具有很高的精確性等方面優(yōu)勢在機械、汽車*航空航大、船舶、土木等齊個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.已熬成為了規(guī)在機械產(chǎn)品設(shè)計過桎屮菲常樂婆的分析軟件用化本瓷采用犧町b有限兄軟件時肌械婆零都件進（7軟件分析.A肌戶軟件圭要二卜人懊訣：前處理模塊、分析計漳懊塊UI及后處理模訣a前處珅植塊.主要功能是能黑進忙傀空的建工以歴村模型的網(wǎng)格劃分.適過前處理檯塊可以方便快捷的建立衍限兀介折模型.分析計算複塊,是帥對所建立的模型進廳各類轄性的分析.求解過程-后處理授塊*主鑒功能是將所倉析的結(jié)

2、采通過齊種圏農(nóng)、曲線或背真他右式顯亦出來°6.2絲杠以及機床有限元分析在機床工作逋程中.機床的力學(xué)性能例如肌味結(jié)構(gòu)、剛度、何隙、振動等對加工工件的頃尬和H斥工作敢展耶/著直接脈響合理選擇機樂的零胡件以及對整休結(jié)構(gòu)的改善是提高機床加工效率的一個有效措施“在機衲工工作過程中,由于可能存在激振或苦同鑽干擾，舟弦引起機康零剖件甚至機床床身產(chǎn)生同頻共振現(xiàn)象.這將對機床加工柿圧廣先戸人旳響fi比石：”“”！刎im扌為對鋁:-i丁冇限元分析°6,2.L絲杠的有限元分析鏡杜作為機床加工過程中重要的傳動兀件.在工作狀態(tài)卜.經(jīng)常受到負栽或者特動變化的恥響.很界窈發(fā)生沖擊振動和噪再等不利于正常加

3、工的因素.當(dāng)這些外部娠源頻率接近蜒杠自身的固有頻率時，線忙將可能會產(chǎn)生共振現(xiàn)欽.倉接老響到加工精度甚至機味的止當(dāng)工作狀態(tài).1)絲杠有限元分析首先，定義單元類型、材料屬性等。絲杠所用的材料股45鋼，通過査閱相關(guān)的冊.獲得線杠的材料屬性.彈性模雖E/Gpa:210：泊松比u：0.269：密度Kg/?n3：785(),在定義材料屬性時，應(yīng)當(dāng)注總所建立的模型與材料屬性單位必須統(tǒng)一.否則將彤響到辰終的求解結(jié)果.在建立絲杠模型時,為了方便進行有限元分析,在不形響求解結(jié)果的前提下,可以對變杠欖型進行適為的待征刪減，以便減小計算雖、加快求解速度.本次對紋杠的建模省去了鍵杠上的螺紋特征以及鍵槽等一些細節(jié)伯息.通

4、過proc軟件建立絲杠模型,模型導(dǎo)入aiisys軟件后如國6-1所示.亠AN圖6-1絲杠模屯Fig.6-1Themodelofthescrew對絲杠模型進行劃分網(wǎng)格,采用自由網(wǎng)格劃分的形式.網(wǎng)恪劃分的疏密程度在一定程度上於響到計算機的求解速率以及求解的楷確性因此網(wǎng)咯不能太密.彫響求解速度：同時也不能太煩.影響求解的梢確性.絲杠模型劃分網(wǎng)格后.如圖&2所示.圖Q2線杠網(wǎng)俗劃分Fig.6-2Thefiniteekmentanalysisofthescrew添加約束條件紋杠采用兩端固定的文挫結(jié)構(gòu).能夠保證具有較高的剛度。限制幺杠與軸承接觸的表面上三個自由度.也就是在絲杠兩端添加X、y、z三個

5、方向上的q位移約束。對線杠進行模態(tài)分析,實際上目的就是分析絲杠自身結(jié)構(gòu)的振動性能,得到絲杠I固有頻率以及相應(yīng)振型,從而避免絲杠發(fā)生共振現(xiàn)象,影響機床加工性能.選擇絲杠I分析類型為模態(tài)分析，并在ansys求解設(shè)宜中輸入擴展模敵為1(),來得到絲杠的10%固有頻率。如圖&3所示.列出了絲杠前四階的相應(yīng)撮型、七階振動下絲杠的扭轉(zhuǎn)膨變形以及卜階振動下的軸向振動.MOM,MAA“«圖6-3a-階振型圖6-3b一階振型合位移等值線圖Eig.6-3bThefirstisolinemap圖幺丸二階振型eWOWw圖63d二階振5?介位移等值線圖Fig.6-3dThesecondisolinem

6、apFig.6-3cThesecondibrationmodelnmiomAWMBW6-3e三階振型Fig.6-3eThethirdibrationmodelW6-3e三階振型Fig.6-3eThethirdibrationmodel圖&3f三階掘型合位移等值線圖Fig.6-3fThethirdisolinemapFig63gTheforthvibrationmodelFig63gTheforthvibrationmodel圖6-3g扭轉(zhuǎn)哆脹變形介位移3債線圖Fig.6-3hThethirdisolinemapFig在一般惜況卜對絲杠的動態(tài)性能影響主要是集中在低頻階段.因為外界干擾的振

7、頻率一般都不高其振蕩頻率有可能接近性杠的低階固有從而引起共振現(xiàn)象。通過分析振型圖3可知.在絲杠發(fā)生一階振動時線杠產(chǎn)生彎曲變形.在一處變形雖最大:在二階振動發(fā)生時.振動方向與一階抿動方向垂直.發(fā)生最大變形的地方也只有一處：三階振動時，振動方向與二階搬動方向止交，極大變形存在兩處：其他相鄰的幾階振型都是相互正交的彎曲振動,卻別只是在于在絲杠卜.發(fā)生呆大變形的個數(shù)不同.當(dāng)發(fā)生七階掘蕩時,絲杠發(fā)生了明顯的扭轉(zhuǎn)膨脹變形;當(dāng)振蕩頻率達到t階振蕩所對應(yīng)的頻率時.絲杠產(chǎn)生軸向振動0絲杠自振頻率如表$1所示.衣64線杠門拓換率Tablc6lTheinherentfrequencyofscrew子步數(shù)123456

8、78910自振傾率Hz392.73393.661068.51071.02056.52062.92848.33328.73338.44205.1-階彎一階彎Uli二階彎曲二階彎三階彎曲三階彎曲扭轉(zhuǎn)膨脹四階彎曲四階彎曲軸向振動通過；in、ys對絲杠進行的模態(tài)分析，可以準(zhǔn)確得到絲H.的孑階固fj頻率以及相應(yīng)的振型圖，從圖(6-3)中可以看出，發(fā)生彎Illi變形是絲杠的主要動態(tài)待征。在確定絲杠固仃頻率的情況卜，就可以仃效降低因為外部干擾所造成的絲杠共抿現(xiàn)縱的發(fā)生。對J-幣個機床進給系統(tǒng)來說，是保證機床加I：耕度的有效措施.機床床身有限元分析對機床結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析，就是為了發(fā)現(xiàn)在外界干擾妙響下容易發(fā)生形

9、變的位宜,從而改善結(jié)構(gòu)的抗干擾性能.首先定義單元類型以及機M、材料屬性。機冰爪少材料為鑄鐵.彈杵模屋E/Gpa：150：泊松比u：0.25：密度Kg/m3：7(X)0.定義單元類空為solid!85.瓦可以用來構(gòu)造三維固體結(jié)構(gòu).對機床床身進行模態(tài)分析時由卜瓦結(jié)構(gòu)比校復(fù)雜.針對所設(shè)計的機床實體模型進行簡化處理.機床床身模型網(wǎng)恪劃分,如圖1所示。對模熨添加約束條件.機床床身如圖6-4所示，分析機床結(jié)構(gòu)，對備部分添加約束條件，進行約束模態(tài)分析.圖6-4機床模型及網(wǎng)格劃分Fig.6-4TheGniteekmcnlanalysisofmachmemodel在機床底座卜表面添加全約束使其在各個方向均不能產(chǎn)

10、生位移:在動平臺上添加兩個零位移約束，使其只能夠沿底座導(dǎo)軌方向移動：給動平臺上的滑塊添加兩個零位移約束.便H只能夠沿著動平臺絲杠軸向運動：垂賁方向的滑塊添加兩個方向的零位移約束.使其能夠沿著垂直方向移動。通過分析計算得出床身各階固有頻率如圖65所示.振型的大小只是-個相對F位移的倉值.實際振動是各階模態(tài)疊加的效果毎階模態(tài)只是把原本耦合的備階模態(tài)解耦出來呈現(xiàn)卩叫=25-；0-4y比匕M-：r:/mW2CU6-5a機床床呀的四階撮屯:coLvacn99»nz-;c4»<.129圖65b機床床專的杠階振屯hmwnuFig65aTheforthvibrationmodelH6

11、-5c機來床身的處階Fig.6-5cThesixlhvibrationmodelFig65bThefifthvibrationmodelM,XUH-ZHK國65<1機冰床身的七階掘型Fig.65dTheseventhvibrationmodelrrrjLscr&:n.?BX4i：4SB:«!f機床在前三階振動時.并未出現(xiàn)明顯的振動變形.在四階固仃頻率時.機床床身立柱發(fā)生前后搖擺現(xiàn)象.此時固有頻率為798.8Hz：K階固有頻率時.機床床身豎宣立柱發(fā)生左右搖擺現(xiàn)固仃頻率為2654Hz：六階搬蕩時.機尿床身豎立柱發(fā)生扭曲變形.固有頻率為3221Hz；七階振蕩時.水平導(dǎo)軌面兩端在水平面上下擺動.固有頻率為4284Hz.機床床身固仔頻率以及形變特征,如表2所示.表&2機床床身固有繚睪以及形受待征Table6-2ThemherentfrequencyofmachineandDeformation子步數(shù)1234567f扳頻率Hz0798.812654.2