【正文】 如果出現(xiàn)警告框，單擊 close。 5． 在 Number of modes to extract 處輸入 5。 Apply U,ROT on Nodes 對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。子空間迭代法是近年發(fā)展起來(lái)的求解廣義特征值問(wèn)題的有效方法。將 Calculate elem results 設(shè)為打開(kāi)狀態(tài)，單擊 OK。 6． 在求解過(guò)程結(jié)束后單擊 close。 4． 單擊“ Auto Repeat”然后單擊 OK。 表 31 滑枕的固有振動(dòng)頻率（ HZ） 階次 1 2 3 4 5 頻率 圖 312 固有頻率為 時(shí)的振型 圖 313 固有頻率為 時(shí)的振型 圖 314 固有振動(dòng)頻率為 時(shí)的振型 圖 315 固有振動(dòng)頻率為 時(shí) 的振型 圖 316 固有振動(dòng)頻率為 時(shí)的振型 表 32 立柱的固有頻率（ HZ） 階次 1 2 3 4 5 頻率 表 33 底座的固有頻率（ HZ） 階次 1 2 3 4 5 頻率 表 34 工作臺(tái)的固有頻率（ HZ） 階次 1 2 3 4 5 頻率 表 35 將底座和工作臺(tái)安裝在一起的模型 的固有頻率（ HZ） 階次 1 2 3 4 5 頻率 608135 表 36 將立柱和滑枕安裝在一起的模型 的固有頻率（ HZ） 階次 1 2 3 4 5 頻率 第四章 諧響應(yīng)分析 4． 1 引言 在滑枕工作的時(shí)候，會(huì)有周期性的激振力作用在滑枕上。 二階常系數(shù)線性微分方程組（ ）原則上可用解常系數(shù) 微分方程組的標(biāo)準(zhǔn)方法來(lái)求解。分析的目的是計(jì)算出結(jié)構(gòu)在激振力頻率下的響應(yīng)位移與響應(yīng)應(yīng)力 ,并得到系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)與系統(tǒng)振動(dòng)頻率的曲線 ,稱為幅頻曲線。 3. 選 取 菜 單 途 徑 Main MenuSolutionLoad Step OptsTime/FrequencFreqamp。彈出 Apply F/M on Nodes 拾取窗口。單擊 OK。 2． 單擊 Add,彈出 Add TimeHistory Variable 對(duì)話框。 7． 在圖形窗口中點(diǎn)取節(jié)點(diǎn) 15180。 12． 在 userspecified Label 處輸入 UZ；在右邊的滾動(dòng)框的“ Translation UZ” 13． 選取菜單途徑 Utility MenuPlotCtrlsStyleModify Grid, 彈出 Graph Controls 對(duì)話框。 由滑枕諧響應(yīng)分析曲線圖可知 ,所取節(jié)點(diǎn)在激振力的作用下 ,在 X,Y,Z 方向的響應(yīng)位移分別如表 37,表 38,表 39 所示 . 表 37 激振力作用下 X 方向上的響應(yīng)位移 激振力 頻率 位置 12HZ 16HZ 響應(yīng)位移 (M) *10 7? *10 7? *107? 表 38 激振力作用下 Y 方向上的響應(yīng)位移 激振力 頻率 位置 13HZ 16HZ 21HZ 24HZ 響應(yīng)位移(M) *10 7? *10 7? *107? *107? 表 38 激振力作用下 Z 方向上的響應(yīng)位移 激振力 頻率 位置 13HZ 16HZ 23HZ 響應(yīng)位移 (M) *10 7? *10 7? *107? 由 圖 形 可 知 , 在 軸 向 上 , 當(dāng)激 振 力 頻 率 分 別 為12HZ,16HZ, 時(shí) , 響 應(yīng) 位 移 分 別 打 倒 峰 值 , 為*10 7? M,*10 7? M,*10 7? 階固有頻率 ,四階固有頻率 ,五階固有頻率 相臨近 . 同理分析 Y,Z方向可知 , 滑枕發(fā)生共振的頻率在三階固有頻率,四階固有頻率 ,五階固有頻率 附近 .也就是說(shuō) ,當(dāng)滑枕發(fā)生共振時(shí) ,所選節(jié)點(diǎn)分析處容易產(chǎn)生裂縫甚至斷裂 . 小結(jié) 本章對(duì)數(shù)控滑枕床身銑床的滑枕進(jìn)行了響應(yīng)特性分析 ,得出了滑枕在激振力作用下的響應(yīng)位移 ,并繪出了滑枕在一系列頻率下的響應(yīng)位移對(duì)頻率的曲線 ,知道了該滑枕發(fā)生共振的頻率在三階固有頻率 ,四階固有頻率 ,五階固有頻率 近 . 本章對(duì)數(shù)控滑枕床身銑床的滑枕的響應(yīng)特性分析的分析方法及得出的結(jié)論易于推廣到其它機(jī)床的響應(yīng)特性分析研究中 ,故本章的響應(yīng)分析具有廣泛的工程意義 . 第 五章 結(jié)論 本課題是以北京航空航天大學(xué) ,北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院和桂林機(jī)床股份有限公司合作開(kāi)發(fā)數(shù)控滑枕床身銑床為技術(shù)背景 ,對(duì)基礎(chǔ)件（床身，工作臺(tái)和滑枕等）以及整機(jī)模型進(jìn)行虛擬動(dòng)力學(xué)分析 . 由于五軸加工中心日益向高速度、高精度（工件的加工精度）和高剛度的方向發(fā)展，其機(jī)構(gòu)日趨復(fù)雜，對(duì)其工作性能的要求越來(lái)越大越高。劉老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和孜孜不倦的探索精神時(shí)時(shí)教育著我。 參考文獻(xiàn) 1． 王勖成 邵敏，有限元法基本原理和數(shù)值方法，清華大學(xué)出版社， 1997,3 2． 張國(guó)瑞，有限元法，機(jī)械工 業(yè)出版社 ， 1991， 12 3． 甘舜仙，有限元技術(shù)與程序，北京理工大學(xué)出版社， 1988 4． 嘉木工作室， ANSYS 有限元實(shí)例分析教程，機(jī)械工業(yè)出版社， 2020,4 5． 徐燕申，機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1992， 11 6． 王國(guó)強(qiáng)，實(shí)用工程數(shù)值模擬技術(shù)及其在 ANSYS 上的實(shí)踐，西北工業(yè)大學(xué)出版社 1999， 8 7． 諸乃雄，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)機(jī)床原理與應(yīng)用， 同濟(jì)大學(xué)出版社，1987 8． 李潤(rùn)方 林騰皎 陶澤光 齒輪系統(tǒng)非線性沖擊振動(dòng)研究 ICME， 2020，上海 9． 陸劍中 孫家寧 金屬切削原理與刀具，北京機(jī)械工業(yè)出版社， 1990 年 11 月北京第二版 10． 章一鳴，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，北京理工大學(xué)出版社， 1990 致謝 本論文是在劉國(guó)慶老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的。如圖 42 所示 . 圖 42 滑枕諧響應(yīng)分析曲線圖 第 3 步：退出 ANSYS 1． 在 ANSYS Toobar 中單擊 Quit。 11． 在圖形窗口中點(diǎn)取節(jié)點(diǎn) 15180。 5． 在 Defined TimeHistory Variables 對(duì)話框中單擊 Add,再次彈出 Add TimeHistory Variable 對(duì)話框。 圖 41 滑枕諧響應(yīng)分析的激振力加載 第 2 步： POST26 觀察結(jié)果（節(jié)點(diǎn) 15180 的位移時(shí)間歷程結(jié)果） 1． 選取菜單途徑 Main MenuTimeHist PostproDefine Variables。彈出 Apply F/M on Nodes 拾取窗口。單擊 OK。彈出 New Analysis 對(duì)話框。這種分析技術(shù)只計(jì)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動(dòng)，發(fā)生在激勵(lì)開(kāi)始時(shí)的瞬態(tài)振動(dòng)不在諧響應(yīng)分析中考慮。)}({)}({ ??? txtx 和 、 {x(t)}分別為系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的 加速度、速度和位移向量，它們均為時(shí)間的函數(shù)。 10． 單擊 Stop toolbar 上的按鈕。 3． 在對(duì)話框中選擇 EditOptions。 5． 單擊 OK。 接 ,將滑枕的模態(tài)分析 GUI 步驟所列如下 : 第 1 步：指定要擴(kuò)展的模態(tài)數(shù)并求解 1． 選 取 菜 單 途 徑 Main MenuSolutionAnalysis TypeAnalysis Options,彈出 Modal Analysis 對(duì)話框。 下面對(duì)網(wǎng)格劃分和加約束后的基礎(chǔ)件（床身，工作臺(tái)和滑枕等）以及整機(jī)模型進(jìn) 行模態(tài)分析。 2．激活 Box 選項(xiàng)，在模型上手動(dòng)選取所需施加的約束。 3． 選取菜單途徑 Main MenuSolutionAnalysis Options, Modal Analysis 對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)。拾取菜單薄 Mesh Volumes 將出現(xiàn)。 6． 單擊 OK。 7． 單擊 Element Types 對(duì)話框中的 Close 按鈕。 網(wǎng)格劃分時(shí) ,使用三維十節(jié)點(diǎn) SOLID92 單元 ,首先采用自由網(wǎng)格或映射網(wǎng)格進(jìn)行劃分 ,而后在結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的地方 ,進(jìn)行手工劃分。 （ 3） 利用幾何元素和布爾運(yùn)算操作生成基本的幾何形狀。 圖 31 SOLID92 單元 基礎(chǔ)件（床身，工作臺(tái)和滑枕等）以及整機(jī)模型的材料系數(shù)為： E=210*10 ,/7820, 39 ?? ?? mkgPa 。所謂固有特性分析，本文是通過(guò)研究無(wú)阻尼的自由振動(dòng)，得到振動(dòng)系統(tǒng)的固有特性，即固有頻率和振型及振動(dòng)應(yīng)力。)}({ 而為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主坐標(biāo)t? }]}...{}{[{ 21 n??? 。 式 ()實(shí)質(zhì)上是一個(gè)二階常系數(shù)線性微分方程，可用常規(guī)解法或數(shù)值解法。 記： 2??? () 可將式 ()改寫(xiě)為： 0}]){[]([ ?? gMK ? () 由于 {g}是非零向量，故由上式中 ])[]([ MK ?? 的行列式應(yīng)為零，即： 0..................])[}d e t ( [11221112121111?????????nnmnnnnnn MKMKMKMKMKMKMK??????? () 它稱為廣義特征值方程。 其中 e0 為元素的總數(shù)，則總負(fù)荷量為： ??? ?? )}({][)}({][)}({ tXCtxMtF () 其中 {F(t)}為由元素負(fù)荷向量 etF )}({ 按相應(yīng)的“貢獻(xiàn)”疊加而得到的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷向量，即： eee tFtF )}({)}({01??? () 于是，由達(dá)朗泊原理，就有： ??? ??? )}({][)}({][)}({)}(]{[ txCtxMtFtxK () 即： )}({)}(]{[)}({][)}({][ tFtxKtxCtxM ??? ??? () 這就是彈性體的動(dòng)力方程，即用有限元素法來(lái)解彈性體的動(dòng)力問(wèn)題的基本方程。 在元素 e 上的應(yīng)變向量為： ee txBt )}(]{[)}({ ?? () 其中 [B]為聯(lián)系應(yīng)變與節(jié)點(diǎn)位移的矩陣，稱幾何矩陣。 4．求解未知節(jié)點(diǎn)位移 解這樣的矩陣方程，即可得到各種參數(shù)在整體結(jié)構(gòu)中的分布。 2）分析單元的力學(xué)性質(zhì) 根據(jù)單元的材 料性質(zhì)、形狀、尺寸、節(jié)點(diǎn)數(shù)目、位置及其含義等，找出單元節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系式，這是單元分析中的關(guān)鍵一步。所以有限元法中分析的結(jié)構(gòu)已不是原有的物體或結(jié)構(gòu)物，而是同樣材料的由眾多單元以一定方式連接成的離散物體。動(dòng)力學(xué)分析的方法很多，如傳遞矩陣法、試驗(yàn)?zāi)B(tài)法和混合法。它主要借助于大型有限元分析軟件，本課題使用的是 軟件。其結(jié)果直接反饋修改設(shè)計(jì)虛擬樣機(jī)模型。采用機(jī)械傳動(dòng)，主軸的刀具錐柄為 BT50（直徑最大，應(yīng)用面廣）， C 軸回轉(zhuǎn)360 度，主電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為 1206000 rpm，可以滿足相當(dāng)