【正文】 廈門(mén)大學(xué)嘉庚學(xué)院本科畢業(yè)論文本科畢業(yè)論文數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)與應(yīng)力分析Design and Stress Analysis of CNC Machine Tool Key Components目錄目錄中文摘要 IABSTRACT II1 緒論 1 選題背景 1 本課題的目的和意義 1 國(guó)內(nèi)外研究狀況 2 有限元方法的發(fā)展 2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 4 國(guó)內(nèi)外機(jī)床動(dòng)靜態(tài)特性研究現(xiàn)狀 6 課題的研究方法 9 研究?jī)?nèi)容 9 數(shù)控車(chē)床主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 車(chē)床主軸組件的三維建模 10 主軸的ANSYS分析 10 設(shè)計(jì)前提 10 設(shè)計(jì)要求 10 設(shè)計(jì)參數(shù) 112 對(duì)主軸組件的要求 12 基本要求 12 特殊要求 12 旋轉(zhuǎn)精度 12 靜剛度 13 抗振性 13 升溫和熱變形 14 耐磨性 14 材料和熱處理 14 主軸的結(jié)構(gòu) 153 主軸軸承的選擇 16 軸承的選型 163．2軸承精度 18 軸承間隙調(diào)整和欲緊 19 204傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 21 電動(dòng)機(jī)容量的選擇 21 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 21 22 選定齒輪類(lèi)型,精度等級(jí),材料及齒數(shù) 22 按照齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 22 按照齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 25 幾何尺寸計(jì)算 26 驗(yàn)算 275主軸主要參數(shù)的計(jì)算及校核 285．1主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 主軸的主要參數(shù)的計(jì)算 28 前軸頸直徑D1 29 主軸內(nèi)徑d 29 主軸懸伸量a確定： 30 主軸支承跨距的確定 31 34 35 35 36 37 397．Solid Works三維實(shí)體設(shè)計(jì)裝配 408. 主軸部件的ANSYS應(yīng)力分析 42 42 43： 44 主軸ANSYS分析的具體過(guò)程 47 54致 謝 55參考文獻(xiàn) 56III中文摘要【摘要正文】本文首先介紹了數(shù)控機(jī)床和有限元分析的發(fā)展，分析了國(guó)內(nèi)外機(jī)床動(dòng)靜態(tài)特性研究現(xiàn)狀，之后以數(shù)控車(chē)床的主軸及其零部件的設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容，先講述了數(shù)控機(jī)床的主軸部件的設(shè)計(jì)要求，合理選擇軸承型號(hào)，設(shè)計(jì)出主軸的前軸頸直徑D1，主軸內(nèi)徑d,前端的懸伸量a和主軸支承跨距L等，從而設(shè)計(jì)出主軸，之后選擇具體的軸承，設(shè)計(jì)出軸承端蓋和主軸箱體，提出了主軸的材料、熱處理和技術(shù)要求等。將所設(shè)計(jì)的數(shù)控車(chē)床的主軸及其零部件在SolidWorks中對(duì)設(shè)計(jì)的主軸及其零部件進(jìn)行三維建模，畫(huà)出零件圖以及裝配圖。最后將所畫(huà)的車(chē)床主軸導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行網(wǎng)格化分，計(jì)算出主軸所受到的力，之后施加約束和載荷，最后得出對(duì)主軸進(jìn)行靜應(yīng)力分析結(jié)果，得到主軸的應(yīng)力分布，進(jìn)而分析主軸的受力狀況，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性同時(shí)對(duì)實(shí)踐進(jìn)行指導(dǎo)。【關(guān)鍵詞】 數(shù)控車(chē)床，主軸，Solid Works建模，ANSYS應(yīng)力分析ABSTRACT This paper introduces the finite element analysis of CNC machine tools and the development of dynamic and static characteristics of the domestic machine tool research status, and then to the spindle CNC lathe and parts of the design as the main content, the first CNC machine tool spindle about the design of ponents request, a reasonable choice bearing type, designed the first journal diameter spindle D1, spindle diameter d, the amount of front overhang and the spindle bearing a span of L, so as to design the spindle, then select the specific bearing design bearing side box cover and the spindle, a spindle made of materials, heat treatment and technical requirements. The design of the spindle CNC lathe and its parts in Solid Works design in the axis of threedimensional modeling of parts and ponents, parts diagrams and assembly drawings draw. Finally, the painting spindle for meshing into ANSYS to calculate the force received by the spindle, and then applied constraints and loads, came to the conclusion of the spindle static stress analysis, stress distribution by the spindle, and then analyzes the spindle force status, verify the rationality of the design while practice guidance. I1 緒論1 緒論 選題背景隨著市場(chǎng)上產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快和對(duì)零件精度提出更高的要求，傳統(tǒng)機(jī)床已不能滿(mǎn)足要求。數(shù)控機(jī)床由于眾多的優(yōu)點(diǎn)已成為現(xiàn)代機(jī)床發(fā)展的主流方向。它的發(fā)展代表了一個(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)、制造的水平，在國(guó)內(nèi)外都受到高度重視?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是信息集成和系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)設(shè)備，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高、對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向?？梢哉f(shuō)，機(jī)械制造競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)質(zhì)就是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。 本課題的目的和意義設(shè)計(jì)中通過(guò)運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課的理論知識(shí)，生產(chǎn)實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐知識(shí)，達(dá)到鞏固、加深和擴(kuò)大所學(xué)知識(shí)的目的。通過(guò)設(shè)計(jì)分析比較機(jī)床的某些典型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)，學(xué)習(xí)構(gòu)造設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和編寫(xiě)技術(shù)文件，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)步驟和方法的目的。通過(guò)設(shè)計(jì)查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和資料，達(dá)到積累設(shè)計(jì)知識(shí)和提高設(shè)計(jì)能力的目的。通過(guò)設(shè)計(jì)獲得設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問(wèn)題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造一定的條件。 國(guó)內(nèi)外研究狀況 有限元方法的發(fā)展Hrennikoff于1942年，McHenry于1943年用線(xiàn)(一維)單元(桿和梁)網(wǎng)格求解連續(xù)體中的應(yīng)力，從而在20世紀(jì)40年代開(kāi)始了有限元的現(xiàn)代發(fā)展。Courant 1943年發(fā)表了一篇文章，提出設(shè)置變分形式的應(yīng)力解，但很多年間沒(méi)有得到廣泛的承認(rèn)。后來(lái)他在構(gòu)成整個(gè)區(qū)域的三角形分區(qū)上引進(jìn)分段插值函數(shù)或形函數(shù)，將此作為一種得到近似數(shù)值解的方法。Levy 1947年建立柔度法或力法，他在1953年的著作中提出另一種方法(剛度法或位移法)可能是有前途的一種，可用來(lái)分析靜不定飛機(jī)結(jié)構(gòu)。然而，他們的方程太難處理了，無(wú)法手工求解，因此只有隨著高速數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展，這種方法才變得普遍起來(lái)。Argyris和Kelsey 1954年利用能量原理建立了矩陣結(jié)構(gòu)分析方法。此發(fā)展說(shuō)明能量原理在有限元方法中起著重要作用。Turner等人1956年首次處理二維單元。他們推導(dǎo)了桿單元、梁?jiǎn)卧⑵矫鎽?yīng)力二維三角單元和矩形單元的剛度矩陣，并概括了通常叫做直接剛度法的過(guò)程，以得出總體剛度矩陣的步驟。隨著20世紀(jì)50年代早期高速數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展，Turner等人的工作促進(jìn)了用矩陣符號(hào)表示的有限元?jiǎng)偠确匠痰倪M(jìn)一步發(fā)展。Clough在1960年在用三角形單元和矩形單元進(jìn)行平面應(yīng)力分析時(shí)引進(jìn)了“有限元”習(xí)慣用語(yǔ)。Melosh 1961年建立了平面矩形板彎曲單元?jiǎng)偠染仃嚒ｋS后Grafton和Strome1963年建立了軸對(duì)稱(chēng)殼和壓力容器的曲面殼彎曲單元?jiǎng)偠染仃?。Martin于1961年，Gallagher等人于1962年，Melosh于1963年用建立四面體剛度矩陣的方法將有限元方法延伸到三維問(wèn)題。Argyris 1964研究了其他的三維單元。Clough和Rashid，Wilson 1965年考慮了非軸對(duì)稱(chēng)固體的特例。20世紀(jì)60年代早期以前，大多數(shù)有限元工作是處理小應(yīng)變、小位移、彈性材料和靜載荷。然而，Turner等人1960年考慮了大撓度和熱效應(yīng)分析，Gallagher等人1962年考慮了材料非線(xiàn)性，Gallagher和Pad1963年還首次處理了屈曲問(wèn)題。Zienkiewicz等人1968年將有限元方法擴(kuò)充到粘彈性問(wèn)題。Archer 1965年在建立一致質(zhì)量矩陣中考慮了動(dòng)力分析，用于分析分布質(zhì)量系統(tǒng)，如結(jié)構(gòu)分析中的桿和梁。Melosh 1963年認(rèn)識(shí)到有限元方法可以借助變分公式建立，有限元方法開(kāi)始用于解非結(jié)構(gòu)應(yīng)用問(wèn)題。Zienkiewicz和Cheung 1965年，Martin 1968年，Wilson和Nickel 1966年求解場(chǎng)問(wèn)題，如確定軸的扭轉(zhuǎn)、流體流動(dòng)和熱傳導(dǎo)。由于加權(quán)殘余法的適應(yīng)性使有限元方法得以進(jìn)一步擴(kuò)展，Szabo和Lee 1965年首次推導(dǎo)了從前已知的用于結(jié)構(gòu)分析的彈性方程，然后Zienkiewicz和Parekh1970年推導(dǎo)了用于瞬態(tài)場(chǎng)問(wèn)題的方程。就是從這時(shí)開(kāi)始認(rèn)識(shí)到，當(dāng)直接公式和變分公式難以或不可能使用時(shí)，加權(quán)殘余法常常是適當(dāng)?shù)?。例如，Lyness等人1977年將加權(quán)殘余法用于確定磁場(chǎng)。Belytschko 在1976年考慮了與大位移非線(xiàn)性動(dòng)力特性有關(guān)的問(wèn)題，并改進(jìn)了求解得出的方程組的數(shù)值技術(shù)。當(dāng)今有限元法已成為在工程分析中獲得廣泛應(yīng)用的數(shù)值計(jì)算方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械領(lǐng)域已進(jìn)入了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)和計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)，