成型磨齿机立柱的结构分析及改进设计【毕业论文+优化文件】
成型磨齿机立柱的结构分析及改进设计【毕业论文+优化文件】,毕业论文+优化文件,成型,磨齿机,立柱,结构,分析,改进,设计,毕业论文,优化,文件
摘 要在成形磨齿机机床的各个组成部件中,立柱是成形磨齿机的重要大件,它是砂轮主轴箱、砂轮主轴、回转台、工件箱和工件箱主轴等的重要支承件,承受来自磨削力等各种载荷的作用,是影响成形磨齿机动态特性的关键部件。立柱与床身结构的设计尺寸和布局形式,决定了其性能的优劣,如静、动刚度的大小特征。由于传统的设计理论和方法的缺陷,不能充分地利用成形磨齿机立柱材料的性能,往往是凭经验和现场使用情况大致作一些形状上的改进。本文针对成形磨齿机立柱进行三维建模,并利用软件SOLIDWORKS对其进行有限元分析。通过分析结果,对目前的成形磨齿机立柱进行优化设计,优化后的成形磨齿机立柱模型再进行有限元分析。关键词:成形磨齿机立柱、有限元分析、三维建模AbstractIn forming the component parts of gear grinding machine tool, the post is one of the important big forming grinding machine, it is a grinding wheel spindle box, grinding wheel spindle box and workpiece spindle, rotary table and workpiece such as the important support, inherit from the grinding force and the effect of load is the key to influencing the dynamic characteristics of the forming of gear grinding machine parts. Pillar and the structural design of the lathe bed size and layout form, determines its performance, such as the size of the static and dynamic stiffness characteristics. Due to the defects of traditional design theory and method, can make full use of the forming performance of gear grinding machine column material, with experience and on-site usage is often roughly as some shapes on the improvement. This paper forming gear grinding machine column for 3 d modeling, and use the software SOLIDWORKS carries on the finite element analysis. By analyzing the results, optimize the current forming gear grinding machine column design, the optimized shape gear grinding machine column model and finite element analysis. Key words: forming gear grinding machine column, finite element analysis, 3D modeling目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 成型磨齿机的概述11.2 立柱在成型磨齿机中的作用21.3 课题研究的意义21.4 本课题主要研究的内容及方法3第二章 有限元分析介绍52.1 有限元分析方法概述52.2 有限元分析的基本思想52.3 SOLIDWORKS SIMULATION的主要功能62.4 SOLIDWORKS SIMULATION提供的分析类型7第三章 成形磨齿机立柱零件的三维建模与有限元分析103.1 Solidworks软件简介103.2 成形磨齿机立柱有限元分析123.2.1 成形磨齿机立柱零件的三维建模123.2.2 确定材料133.2.3 添加夹具143.2.4 施加载荷153.2.5 生成网格163.2.6 运算求解173.2.7 分析结果输出18第四章 成形磨齿机立柱结构优化设计214.1 优化设计的思路214.2 优化设计方法214.3 成形磨齿机立柱设计优化224.3.1 优化后成形磨齿机立柱结构尺寸224.3.2 优化后成形磨齿机立柱三维建模224.3.3 优化后成形磨齿机立柱有限元分析234.3.4 优化模型与原模型比较及分析25第五章 结论26参考文献27致 谢28III第一章 绪 论1.1 成型磨齿机的概述齿轮传动作为一门具有明显产品特征的共性技术,它的发展和成熟无不和工业产品的发展相关。19世纪现代工业的形成开始了齿轮技术的近代史,机器工业的发展使它发展成为一门工业技术。20世纪初叶汽车工业的崛起促使了大批量、高效生产技术的发展,随后航海、航空、航天技术的发展,以及大型现代化成套工业设备的出现使高参数、优性能的高速齿轮和重载工业齿轮得到了迅速发展和应用,也促进了相应的基础理论、工艺技术及设备的研究和发展。螺旋锥齿轮理论是由美国Gleason公司的科学威尔德哈泊(EWildhaber),ML巴斯特尔(MLBaxter)等人提出的。在此基础上,Gleason公司形成了自己独特的螺旋锥齿轮设计、分析、制造、检测技术,从而形成了其在世界上的垄断地位。由于锥齿轮技术难度大,当今国际上最为出色的锥齿轮加工设备制造厂商包括美国的格里森Gleason公司和德国的Klingelnberg公司(瑞士的奥利康Oerlikon公司和德国的Klingelnberg公司现已合并成SIGMA POOL齿轮联盟集团等。他们分别代表了锥齿轮的三种体制,且各成体系,互不公开。美国Gleason(格里森)公司成立于1865年,至今已有一百多年的历史,该公司一直是锥齿轮机床的世界领先供应商。德国克林根贝格(Klingelnberg)除了供应成套锥齿轮加工设备外,还以齿轮测量仪器见长,提供齿轮和蜗轮单面啮合对滚检查仪等。九十年代,世界进入兼并热潮,美国格罩森公司脱颖而出。1995年10月,Gleason收购了德国生产滚齿机、插齿机的老厂Hasse,使其当年销售额达4亿美元。同年,还收购了Hurth,使Gleason获得了生产精密剃齿机和铣齿机的能力。1997年7月,Gleason用l亿美元收购了德国赫尔曼普发特(HermannPfauter)集团,使之又登上了圆柱齿轮滚齿机和磨齿机的宝座,并收购了Pfauter-Maag刀具公司75的产权。至此,这个自称“齿轮世界”的公司,又占据了圆柱齿轮市场的“大半边天”。目前Gleason公司已占有齿轮相关市场的4045份额。Gleason的锥齿轮机床在全世界己有15000台以上。随着科学技术的发展,这两种齿形制都发展成一套完整的技术体系,从软件方面都有一套完整的计算机程序包,在硬件方面都有CNC控制的配套机床,而且都能通过三座标测量仪,将测量结果反馈给切齿机床,形成一个以磁盘为传输介质的进行数据传递的CNC系统。为适应高速、高效、自动化和柔性化的加工要求,发展高技术的数控齿轮加工技术,欧美发达国家的齿轮机床生产厂家己进行联合,组成更强大的集团,使齿轮设计和加工进入一个新的阶段。典型代表是Gleason集团、SIGMA POOL齿轮联盟集团(其中包括Klingelnberg、Oerlikon)。1.2 立柱在成型磨齿机中的作用在机床的各个组成部分中,立柱是其中重要的大件,它们是砂轮主轴箱、砂轮主轴、回转台、工件箱和工件箱主轴等的重要支承件,承受来自磨削力等各种载荷的作用。立柱和床身刚性的好坏和动态特性的优劣对机床的加工精度有非常大的影响。因此,在该机床的设计初期,应用有限元法对其刚度和振动特性进行定量分析,在图纸阶段就预测到机床的静、动态特性,了解立柱和床身在工作载荷下的变形,了解其固有频率和相应振型的特点,找出其薄弱环节,提出优化改进的措施。1.3 课题研究的意义长期以来,成形磨齿机立柱的设计工作主要依靠设计人员的直觉和经验,以手工计算为主,在设计计算过程中,多将立柱简化为简支梁的形式进行计算,计算模型粗糙,设计保守,缺乏科学依据,具有较大的盲目性,而且成本高,质量也难保证。目前成形磨齿机立柱的主要问题是在规定的强度的情况下自重比较大,这是一个不易解决的难题。由于传统的设计理论和方法的缺陷,不能充分地利用材料的性能,往往是凭经验和现场使用情况大致作一些形状上的改进,为了考虑安全的因素,于是尽量加大立柱的安全系数,结果造成所设计的立柱过分安全,结构尺寸不合理,使用不灵活,立柱结构布局设计不太合理。立柱设计的不合理,造成材料的浪费,无法充分的发挥材料的承载能力,耗材耗能。因此,利用现代的优化设计理论和设计方法及现有的计算机辅助设计手段,对立柱进行设计和改进,是非常有必要的,也是现代的设计者们必须考虑的问题。随着行业冶炼技术的飞速发展,需要的合模力越来越大,立柱也面临着严峻的考验,利用现代化的设计理论和设计手段进行立柱的优化设计,成为今后立柱设计的必然趋势。1.4 本课题主要研究的内容及方法1、接受任务书,研究任务书的具体要求,查阅相关文献资料,撰写开题报告;2、优化方法的确认本文运用solid works三维软件对成形磨齿机立柱进行三维建模;运用基于SIMULATION有限元分析软件对立柱进行应力、位移、应变以及安全系数的分析,得出相应的分布情况图。再对成形磨齿机立柱进行结构截面尺寸、形状、自重等的优化设计。设计研究流程如图1-1所示。三维建模基于SIMULATION的有限元分析应力分析应变分析安全系数分析结构优化设计优化后立柱结构有限元分析优化结果与原设计比较分析图1-1 成形磨齿机立柱优化流程3、优化前成形磨齿机立柱三维建模根据给定的立柱的尺寸图,建立三维模型,为后续的有限元分析作准备。 4、运用SOLIDWORKS自带有限元分析软件SIMULATION对塑料动定立柱结构受力及变形进行有限元分析,得出其应力、应变、位移、安全系数等分析结果。 5、分析得出的分析结果,看看那些部分的安全系数有富余,进行优化设计,得出优化后的尺寸,完成优化后的立柱三维建模。6、对优化后的立柱进行有限元分析,验证优化后的模型是否满足设计要求。7、撰写设计说明书。第二章 有限元分析介绍2.1 有限元分析方法概述有限元法是一种离散化的数值解法,是用于求解各类实际工程问题的方法。应力分析中稳态的、瞬态的、线性的、非线性的问题及热力学、流体力学、电磁学以及高速冲击动力学问题都可以通过有限元法得到解决。有限元法最初被称为矩阵近似方法,应用于航空器的结构强度计算,并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力,随着计算机技术的快速发展和普及,有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域,成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。20 世纪 60 年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫(CloSOLIDWORKSh)教授形象地将其描绘为:“有限元法=Rayleigh Ritz 法分片函数”,即有限元法是 Rayleigh Ritz 法的一种局部化情况。不同于求解(往往是困难的)满足整个定义域边界条件的允许函数的 RayleighRitz 法,有限元法将函数定义在简单几何形状(如二维问题中的三角形或任意四边形)的单元域上(分片函数),且不考虑整个定义域的复杂边界条件,这是有限元法优于其他近似方法的原因之一2.2 有限元分析的基本思想有限元分析(FEA,Finite Element Analysis)的基本思想是用较为简单的问题代替比较复杂的问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互联子域组成,对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解,然后推导求解这个域的满足条件(如结构的平衡条件),从而得到问题的解。这个解不是准确解,而是近似解,因为实际问题被较简单的问题所替代。由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元法不仅计算精度高,而且能适应各种复杂情况,因而有限元分析成为行之有效的工程分析手段。有限元法的基本思想可归结为两个方面,一是离散,二是分片插值。离散就是将一个连续的求解域人为地划分为一定数量的单元,单元又称网格,单元之的连接点称为节点,单元间的相互作用只能通过节点传递,通过离散,一个连续体便分割为由有限数量单元组成的组合体。离散的目的就是将原来具有无限自由度的连续变量微分方程和边界转换条件转换为只包含有限个节点变量的代数方程组,以利于用计算机求解。 有限元法的离散思想借鉴于差分法,但做了适当改进。首先,差分法是对计算对象的微分方程和边界条件进行离散,而有限元法是对计算对象的物理模型本身进行离散,即使该物理模型的微分方程尚不能列出,但离散过程依然能够进行。其次,有限元法的单元形状并不限于规则网格,各个单元的形状和大小也并不要求一样,因此在处理具有复杂几何形状和边界条件以及在处理具有像应力集中这样的局部特性时,有限元法的适应性更强,离散精度更高。 变分法是在整个求解域用一个统一的试探函数逼近真实函数,当真实函数性态在求解域内趋于一致时,这种处理是合理的。但如果真实函数的性态很复杂,再用统一的试探函数就很难得到较高的逼近精度,或者说要得到较高的精度就需要阶次很高的试探函数。同时由于不能在求解域的不同部位对试探函数提出不同的精度要求,往往由于局部精度的要求问题的求解很困难。所以这类方法一般用于求解函数交规则和边界条件较简单的问题。 分片插值的思想是有限元法与里兹法的一个重要区别,它是针对每一个单元选择试探函数(也称插值函数),积分计算也是在单元内完成。由于单元形状简单,所以容易满足边界条件,且用低阶多项式就可获得整个区域的适当精度。对于整个求解域而言,只要试探函数满足一定条件,当单元尺寸缩小时,有限元就能收敛于实际的精确解。 从以上分析可知,有限元法是差分法的一种发展,又可以看成是里兹法的一种新形式。它兼顾了两者的优点,同时克服了各自的不足,因而具有更大的优越性和实用性。2.3 SOLIDWORKS SIMULATION的主要功能SOLIDWORKS SIMULATION有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序,目前,有限元法从它最初应用的固体力学领域,已经推广到温度场、流体场、电磁场、声场等其他连续介质领域。在固体力学领域,有限元法不仅可以用于线性静力分析,也可以用于动态分析,还可以用于非线性、热应力、接触、蠕变、断裂、加工模拟、碰撞模拟等特殊问题的研究。软件主要包括三个部分:前处理模块,分析计算模块和后处理模块。前处理模块前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,用户可以方便地构造有限元模型。SOLIDWORKS SIMULATION的前处理模块主要有两部分内容:实体建模和网格划分。分析计算模块分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力。后处理模块后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了200种以上的单元类型,用来模拟工程中的各种结构和材料。2.4 SOLIDWORKS SIMULATION提供的分析类型SOLIDWORKS SIMULATION软件提供的分析类型如下:结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。SOLIDWORKS SIMULATION程序中的静力分析不仅可以进行线性分析,而且也可以进行非线性分析,如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。结构动力学分析结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同,动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。SOLIDWORKS SIMULATION可进行的结构动力学分析类型包括:瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。结构非线性分析结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。SOLIDWORKS SIMULATION程序可求解静态和瞬态非线性问题,包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。动力学分析结构动力学分析研究结构在动载荷作用的响应(如位移、应力、加速度等得时间历程),以确定结构的承载能力的动力特性等。SOLIDWORKS SIMULATION程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时,可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性,并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。热分析程序可处理热传递的三种基本类型:传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热结构耦合分析能力。电磁场分析主要用于电磁场问题的分析,如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。流体动力学分析SOLIDWORKS SIMULATION流体单元能进行流体动力学分析,分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分布的图形显示。另外,还可以使用三维表面效应单元和热流管单元模拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。声场分析SOLIDWORKS SIMULATION把声学归为流体,程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播,或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应,研究音乐大厅的声场强度分布,或预测水对振动船体的阻尼效应。压电分析压电效应分析是一种结构电场耦合分析,给压电材料加电压会产生位移,反之使压电材料振动则产生电压,一个典型的压电分析的应用是压力换能器。SOLIDWORKS SIMULATION压电分析用于分析二维或三维结构对AC(交流)、DC(直流)或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态性能分析。可进行四种类型的分析:静态分析、模态分析、谐波响应分析、瞬态响应分析。第三章 成形磨齿机立柱零件的三维建模与有限元分析3.1 Solidworks软件简介首先我要对Solidworks进行介绍一下,它是一种先进的,智能化的参变量式CAD设计软件,在业界被称为“3D机械设计方案的领先者”,易学易用,界面友好,功能强大,在机械制图和结构设计领域,掌握和使用Solidworks已经成为最基本的技能之一。与传统的2D机械制图相比,参变量式CAD设计软件具有许多优越性,是当代机械制图设计软件的主流和发展方向。传统的CAD设计通常是按照一定的比例关系,从正视,侧视,俯视等角度,根据投影,透视效果逐步绘出所需要的各个单元,然后标注相应尺寸,这就要求制图和看图人员都必须具备良好的绘图和三维空间想象能力。如果标注尺寸发生变化,几何图形的尺寸不会同步变更;如果改变了几何图行,其标注尺寸也不会发生变化,还要重新绘制,标注,因此绘图工作相当繁重。参变量式CAD设计软件,是参数式和变量式的统称。在绘制完草图后,可以加入尺寸等数值限制条件和其他几何限制条件,让草图进入完全定义状态,这就是参数式模式。由于软件自动加入了关联属性,如果修改了标注尺寸,几何图形的尺寸就会同步更新。也可以暂时不充分的限制条件,让草图处于欠定义状态,这就是变量式操作模态。美国Solid Works公司是一家专门从事开发三维机械设计软件的高科技公司,公司宗旨是使每位设计工程师都能在自己的微机上使用功能强大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系统,公司主导产品是世界领先水平的Solid Works软件。90年代初,国际微机市场发生了根本性的变化,微机性能大幅提高,而价格一路下滑,微机卓越的性能足以运行三维CAD软件。为了开发世界空白的基于微机平台的三维CAD系统,1993年PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁成立SolidWorks公司,并于1995年成功推出了SolidWorks软件,引起世界相关领域的一片赞叹。在SolidWorks软件的促动下,1998年开始,国内、外也陆续推出了相关软件;原来运行在UNIX操作系统的工作站CAD软件,也从1999年开始,将其程序移植到Windows操作系统中。由于SolidWorks出色的技术和市场表现,不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星,也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东,以原来一千三百万美元的风险投资,获得了高额的回报,创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作,成为CAD行业一家高素质的专业化公司。功能描述(1)、TopDown(自顶向下)的设计(2)、DownTop(自下向上)的设计(3)、配置管理(4)易用性及对传统数据格式的支持(5)零部件镜像(6).装配特征(7)工程图(8)eDrawingSolidworks模形由零件,装配体和工程图等文件组成,没有生成零件之前的图纸称为草图。由2D,3D草图直接生成3D模形和工程图时,如果修改了草图的标注尺寸,其3D模形和工程图会同步更新;相反,如果修改了工程图的标注尺寸,其3D模形和草图也会同步更新。软件使用起来非常方便,大大减少了设计人员的工作量,提高了工作效率。通常,从打开一个零件文件或建立一个新零件文件开始,绘制草图、生成基体特征、然后在模型上添加更多的特征,生成零件。也可以从其他软件导入曲面或几何实体开始,编辑特征,生成零件和装配体工程图。这是常用的设计方法,也就是自下而上的设计方法。草图绘制从零件文件开始,对于一个新的产品设计,要首先建立零件文件。由于零件、装配体及工程图的相关性,所以当其中一个视图改变时,其他两个视图也会自动改变。SolidWorks2012允许自定义功能,选择菜单栏中的“工具”-“选择”命令,可以显示.定义”系统选项”和”文件属性”选项卡.SolidWorks2012可以自动保存工作.自动恢复功能可以自动保存零件,装配体或工程图文件的信息,在系统死机时不会丢失数据.如果设定此选项,则选择”工具”_”选项”菜单命令.在”系统选项”选项卡上,单击”备份”选项,选择”每(n)次更改后,自动恢复信息”复选框,然后设定信息自动保存前应发生的变更次数.SolidWorks2012具有很强的文件交换功能,可以输入,输出数十种文件格式,可以与AutoCAD,pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等软件很方便地进行文件交换。SolidWorks2012在草图绘制模式及工程图中提供显示网格线和捕捉网格线功能。可将网格线与模型边线对齐,还可捕捉到角度。网格线和捕捉功能在SolidWorks2012中不太使用,因为SolidWorks是参变量软件,尺寸和几何关系已提供了所需的精度。3.2 成形磨齿机立柱有限元分析首先,对成形磨齿机立柱的主体结构进行三维建模。完成三维建模后,再对相应部分进行有限元分析。由于成形磨齿机立柱的螺栓、导向杆等零件无需单独进行受力分析,而且如果对成形磨齿机立柱整体结构进行静态分析,将会产生庞大的数据,系统的计算时间将会持续几天甚至更多。所以为了使计算更加精确,缩短系统计算时间,我们在这里只对成形磨齿机立柱主体进行分析,即直接将成形磨齿机立柱主体分离出来单独进行静态分析,以确保系统的强度和稳定性。成形磨齿机立柱有限元分析的具体步骤如下:3.2.1 成形磨齿机立柱零件的三维建模 成型磨齿机立柱的长度为1050mm,跨距(两立柱支撑壁外表面)为1150mm,高1810mm,支撑壁厚260mm,底座厚105mm,顶部横梁厚150mm,斜面的倾角=300,筋板厚度为20mm。立柱两侧支撑壁的筋板为中间带圆孔的“米”型筋板。根据原成形磨齿机立柱的尺寸参数形磨齿机立柱进行三维模型,这个的具体绘图过程就不一一详细描述。得到的三维模型如图3-1所示。 图3-1 成形磨齿机立柱模型3.2.2 确定材料 零件的反应取决于其所构成的材料,程序必须知道零件材料的弹性属性,通过从材料库选择材料来给零件指派材料。由于成形磨齿机立柱起重量大,成形磨齿机立柱主体会受到较大的压力和拉应力,所以成形磨齿机立柱材料选择HT200。但在用Solidworks Simulation对成形磨齿机立柱进行应力分析时,由于材料库没有这一材料,因此选择近似的材料铸造碳钢,具体选择如下图3-2所示。 图3-2 材料选取 3.2.3 添加夹具在夹具选项卡中,可以定义固定约束。每个约束可以包含多个面。受约束的面在所有方向都受到约束。必须至少约束零件的一个面,以防由于刚性实体运动而导致分析失败。在对成形磨齿机立柱主体进行应力分析前,首先要确定其夹具固定的部分。如图3-3所示,选择成形磨齿机立柱底面为固定端,即模拟夹具为成形磨齿机立柱底面部分。 图3-3 添加夹具3.2.4 施加载荷立柱所受的作用力有:立柱部件自身的重力G=26538N;承受砂轮箱对其的拉力F=7325N;砂轮加工工件的磨削力E=2150.52N。由机床的设计结构可知,砂轮箱的重力和竖直向下磨削分力都是通过丝杆作用在立柱顶部。在磨削过程中,当磨削力在砂轮主轴中心线的竖直平面内时,竖直向下的磨削分力达到最大值。此时,立柱顶部受到最大的拉力。由成形磨齿机立柱实际工况得出其受力情况见图3-4为定立柱模具安装面的垂直面施加载荷。 图3-4 成形磨齿机立柱模具安装面垂直施加载荷3.2.5 生成网格接下来需对成形磨齿机立柱划分网格。实体模型的网格化由两个基本阶段组成。在第一阶段,网格器将节放置于边界上,此阶段称为曲面网格化。如果第一个阶段成功,网格程序开始第二个阶段,将在内部生成节,以四面单元填充体积,并将中侧节放置于边线上。在实际操作中,我们先要选择网格的参数,如图3-5所示,将网格密度设置为良好。选择好网格参数之后,对成形磨齿机立柱模型生成定义的网格。图3-5 成形磨齿机立柱网格化 3.2.6 运算求解网格化参数后点击运行,软件开始自动对算例进行计算分析,求解过程如下图3-6所示。 图3-6运行算例分析当运行结束后,就可以得到成形磨齿机立柱模型应力、应变、位移和安全系数等各项参数的有限元分析结果。3.2.7 分析结果输出Simulation的结果选项卡中生成的图解可以生动形象的表现出成形磨齿机立柱各部位的应力应变情况、位移情况及安全系数情况,如图3-7所示。结果选项卡的第一个屏幕显示成形磨齿机立柱所有位置的最小安全系数。标准工程规则通常要求安全系数为 1.5 或更大。对于给定的最小安全系数,Simulation程序会将可能的安全与非安全区域分别绘成蓝色与红色。成形磨齿机立柱主体部分有限元分析的应力、合位移、位移及安全系数分布云图如图3-8至3-11所示。图3-7 输出结果图3-8 安全系数图3-9合位移分布图图3-10位移分布图图3-11 应力分布图由图3-8可知,成形磨齿机立柱在工况载荷下,其应力和应变分布图上可以看出,整个图中大部分的蓝色区域还很安全,表示整个所以可对其进行结构改造,对强度富裕区域进行结构优化,以达到节省材料、降低成本的目的。第四章 成形磨齿机立柱结构优化设计4.1 优化设计的思路通过对原成形磨齿机立柱结构进行有限元分析之后,我们可以从成形磨齿机立柱应力云图图上看出,图中由大量的蓝色分布区域,表示次区域的强度还很高。在成形磨齿机立柱实际工作中,原成形磨齿机立柱的一些结构较粗笨,材料亦很浪费,并不是最优的结构。故我们应对其进行结构优化设计,在满足工作要求的同时,尽可能的节省材料,降低成本。 图4-1 成形磨齿机立柱应力云图如图4-1所示,从图中可以很明显的看出成形磨齿机立柱的整个立柱强度都很高,可以减少立柱的厚度达到优化的要求。4.2 优化设计方法一般大型部件的优化总是在满足其强度条件的基础上以重量最小为优化目标11。本课题也在此原则上对成形磨齿机立柱进行结构优化设计。在得出原成形磨齿机立柱应力分布图、应变分布图、安全系数分布图的基础上,分析原立柱的有限元结果后,得出优化的可能。 4.3 成形磨齿机立柱设计优化4.3.1 优化后成形磨齿机立柱结构尺寸通过上述方法对原成形磨齿机立柱进行优化设计,我分别对成形磨齿机立柱的强度富裕区域部位进行了结构改造。其优化后的成形磨齿机立柱加强径的尺寸变为15mm,如图4-2所示。 图4-2 优化后成形磨齿机立柱尺寸4.3.2 优化后成形磨齿机立柱三维建模根据优化后成形磨齿机立柱的二维工程图对成形磨齿机立柱进行三维模型,这个的具体绘图过程就不一一详细描述。得到的三维模型如图4-2所示。 图4-3 优化后成形磨齿机立柱模型4.3.3 优化后成形磨齿机立柱有限元分析按照优化后的结构尺寸对成形磨齿机立柱进行三维建模和有限元分析,其分析步骤和第三章原有成形磨齿机立柱模型分析一致,这里就不详细描述Simulation的结果选项卡中生成的图解可以生动形象的表现出成形磨齿机立柱各部位的应力应变情况、位移情况及安全系数情况。成形磨齿机立柱主体部分有限元分析的应力、位移、应变及安全系数分布云图如图4-4至4-7所示。图4-4优化后安全系数图4-5 优化后位移分布图图4-6 优化后位移分布图图4-7 优化后应力分布图4.3.4 优化模型与原模型比较及分析在完成优化后成形磨齿机立柱的有限元分析以后,我们可以将成形磨齿机立柱优化后与优化前的应力、安全系数、质量、体积等各项参数做一对比。分别对比第三章和第四章的内容。通过上述的比较发现,优化前后的强度都能达到要求。第五章 结论本研究以成形磨齿机立柱为例,利用现代设计方法中的结构优化设计对这些成形磨齿机立柱进行了结构优化。通过有限元分析,对成形磨齿机立柱的结构进行了优化设计,得到成形磨齿机立柱优化后的结构模型,为今后利用现代设计方法对成形磨齿机立柱进行结构设计起到一个探讨作用。对各个成形磨齿机立柱进行了有限元分析。根据该成形磨齿机立柱的形状特点和其工作时的受力情况,以及该成形磨齿机立柱的制作情况,利用SIMULATION建立了有限元模型,对成形磨齿机立柱进行受力分析。采用有限元分析功能逼真地模拟了成形磨齿机立柱的工作受力情况,精确地反映出成形磨齿机立柱的应力和应变大小及分布情况。结果表明:与传统的理论计算结果相比较,有限元计算值更能真实反映成形磨齿机立柱内部应力应变情况,除了以往人们知道的垂直危险截面外,成形磨齿机立柱杆颈部应力也较大,而传统的理论校核设计却忽视了该部位的强度校核。对该成形磨齿机立柱作结构化设计。根据成形磨齿机立柱的制造及工作情况,成形磨齿机立柱的形状及尺寸不能随意改变,因此对其作优化设计时考虑部分结构的优化。为减轻成形磨齿机立柱自重,克服其现在安全系数过大的现状,考虑减小其厚度,并缩小成形磨齿机立柱应力很小的成形磨齿机立柱角尺寸,以减轻其重量,又能满足其强度和安全系数的要求。本研究结合具体的成形磨齿机立柱实例,对成形磨齿机立柱结构进行有限元的建模以及静态的分析,补充了传统的理论设计的不足,为今后起重成形磨齿机立柱的设计探讨了一套全新的方法,也成形磨齿机立柱的结构优化设计提供了一个新的思路,使设计更可靠,更高效,克服了传统设计易出现的成形磨齿机立柱自重过大、安全系数过大、耗材耗能的问题。高效、可靠、经济的现代结构优化设计方法,必将在今后的成形磨齿机立柱设计中得到广泛应用,成为成形磨齿机立柱设计的主要手段,克服一直以来人们难以解决的成形磨齿机立柱自重大的问题,更好的适应的发展。参考文献1 郝相林,王伟平,王咏梅.Solidworks 2012从入门到精通M.北京:电子工业出版社,20112 林祥,谢永奇.SolidWorks 2010基础教程M. 北京:清华大学出版社,20103 侯永涛,黄绢.SolidWorks机械设计使用教程M.北京:化学工业出版社,20104 叶修锌,陈超祥.SolidWorks基础教程M.北京:机械工业出版社,20055 葛正浩,李宗民,蔡小霞. SolidWorks2008三维机械设计M.北京:化学工业出版社.20086 陈世煌.塑料成型机械M. 北京:化学工业出版社,2003. 7 黄海.NX CAEM.北京:电子工业出版社,2012. 8 黄虹.塑料成型加工与模具M. 北京:化学工业出版社,2003. 9 苏嘉朗.动定立柱有限元分析及其结构优化J. 模具工程2011年第7期(总第122期) 77-80 10 高 瑜 宋桂珍 高创宽. 合模机构及立柱的优化设计水J. 机械管理开发2006年第4期(总第91期) 22-26 致 谢这次毕业设计可以圆满的完成,离不开导师XXX的悉心指导。从课题的提出和论证到论文完成,X导师渊博的学识、先进的学术思想、对待研究的严谨态度和无私的奉献精神都是学生的楷模,使我受益匪浅,在论文完成之际,谨向尊敬的X导师致以崇高的敬意和由衷的感谢。经过这段时间的毕业设计,我感觉到掌握扎实的基础知识和学会使用必要工具的重要性,深刻体会到网络资源的巨大作用,在遇到难以解决的问题时,可以在网络中寻找所需的资料,到相关的论坛上去求得帮助;学会灵活运用电脑网络这个现代工具是我们必备的素质。同时毕业设计对我的英语水平也提出了较高的要求,通过阅读英文资料、翻译英文材料切实提高了我使用英语的水平,使我在今后的学习中不至落后现代技术发展的潮流。在进行毕业设计的过程中 ,我的感激之情无以言表,仅以此文献给他们,感谢我的朋友们,大家这四年来无论深处何地,距离多远,我始终感受的到与你们大家在一起;感谢我的老师,四年来对我的关心帮助让我在学校的生活和学习中都能有亲人般的感觉;感谢我的同学们,大家虽然来自不同的地方,但是大家始终相亲相爱,团结一致。我很庆幸能有了你们大家陪我一路走过艰难的历程。回首大学四年,往事历历在目,心绪难以平复,如此多的关心和帮助让我感到莫大的幸运,感觉充满力量,无论是身边的同学老师还是远方的亲人朋友们,他们的支持是我可以努力和坚持的最大动力,有了他们才真正让我感受到这个世界是无与伦比的美丽,这些都将支持我走向新的岗位,为社会为他人贡献我的绵薄之力。27
收藏
编号:179736036
类型:共享资源
大小:38.98MB
格式:RAR
上传时间:2023-01-02
150
积分
- 关 键 词:
-
毕业论文+优化文件
成型
磨齿机
立柱
结构
分析
改进
设计
毕业论文
优化
文件
- 资源描述:
-
成型磨齿机立柱的结构分析及改进设计【毕业论文+优化文件】,毕业论文+优化文件,成型,磨齿机,立柱,结构,分析,改进,设计,毕业论文,优化,文件
展开阅读全文
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 装配图网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
装配图网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。