【正文】 有限元方法的發(fā)展概況及應(yīng)用 有限元方法的發(fā)展，其基本思想的提出可以追溯到上世 紀(jì) 40年代初。機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算一直沿用一般的結(jié)構(gòu)計算方法。雖然這些計算公式的導(dǎo)出大多是依據(jù)強(qiáng)度方面的理論分析，并輔以試驗方法和測試技術(shù)的研究，具有一定的科學(xué)依據(jù)和可靠性。 1943年，數(shù)學(xué)家 首次提出離散的概念，他將一個連續(xù)的整體離散成有限個分段連續(xù)單元的組合，并第一次嘗試應(yīng)用三角形單元的分片連續(xù)函數(shù)和最小勢能原理相組合，來求解 St． Venant 扭轉(zhuǎn)問題。例如 Velagala 等人利用有限元法對車床主軸建模，并以軸承間隙，軸承剛度以及工件直徑大小為設(shè)計參數(shù)，對其進(jìn)行靜、動態(tài)分析。） 20世紀(jì) 60年代末，出現(xiàn)了直接數(shù)控系統(tǒng) DNC（ direct NC），即由一臺計算機(jī)直接管理和控制一群數(shù)控機(jī)床。 課題的實用意義 CK6132 是我校用于實踐教學(xué)的一臺數(shù)控車床，配置國產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，床身最大回轉(zhuǎn)直徑 320mm，最大加工長度 750mm，主軸采用通用變頻器和雙速電機(jī)驅(qū)動，主軸轉(zhuǎn)速范圍 100800rmp，該車床在使用過程中發(fā)現(xiàn)振動嚴(yán)重，無法進(jìn)行切槽、切斷加工。 第二章 數(shù)控車床的主傳動設(shè)計 機(jī)床主傳動變速系統(tǒng)的參數(shù) 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。從 nj以下直到最低轉(zhuǎn)速 nmin 這個區(qū)域內(nèi)的各級轉(zhuǎn)速并不需要傳遞全部功率。主軸分級變速箱公比 φ Rap，所以 車床轉(zhuǎn)速在 380—950r/min 范圍內(nèi)功率不足（相當(dāng)于此時電機(jī)功率最低只有 3 380/950＝ ）。 對車床主軸組件的要求，和一般傳動軸組件有共同之處，就是都要在一定的轉(zhuǎn)速下傳遞一定的扭矩；都要保證軸上的傳動件和軸承正常的工作條件。 靜剛度 靜剛度或簡稱剛度，反映了機(jī)床或部、組、零件抵抗靜態(tài)外載荷的能力。 熱變形 主軸組件的熱變形使主軸伸長，使軸承的間隙發(fā)生變化。如果裝有滑動軸承，則軸頸的耐磨性對精度的保持影響很大。滾動軸承根據(jù)滾動體的結(jié)構(gòu)分為球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承三大類。 ①雙列圓柱滾子軸承（ NNU4900K、 NN300K），內(nèi)孔為 1： 12的錐孔，與主的錐形軸頸相配合，軸向移動內(nèi)圈，可把內(nèi)圈脹大，以消除徑向間隙或預(yù)緊，這種軸承只能承受徑向載荷。 α ＝ 150的編號為 7000C 型，屬特輕型；或編號為7190C 型，屬超輕型。它們的旋轉(zhuǎn)精度相當(dāng)于 P4 級和P2 級，而內(nèi)、外匿的尺寸精度則分別相當(dāng)于 P5 級和 P4 級。計算時，如果外載荷無法確定，可取額定動載荷的 1/10 作為軸承載荷，計算結(jié)果一般代表軸承剛度。 主軸頭部的構(gòu)造，應(yīng)保證夾具、頂尖或刀具的準(zhǔn)確安裝，并便于裝卸，還應(yīng)盡量縮短主軸端的懸伸長度。車床和銑床主軸的后軸頸的直徑等于（ — ） D。在頭部錐孔，定心軸頸或定心錐面等部位，高頻淬硬至 HRC50— 55。一般來講，靜力分析所施加的載荷包括外部施加的作用力和壓力、穩(wěn)態(tài)的慣性力（如重力和離心力等）、位移載荷（如支座位移等）、溫度載荷等。 K=P/δ (N/μ m) （ ） 雖然多數(shù)機(jī)床可以用彎曲剛度作為衡量主軸組件剛度的指標(biāo)，但也有例外。有的工廠認(rèn)為在額定載荷下，最大撓度）， ymax≤ ，最大傾角 θ max≤ 。在設(shè)計機(jī)床時，可以根據(jù)機(jī)床的尺寸和性能，事先規(guī)定一個最大切削寬度，從而求得對機(jī)床的剛度要求 K=Kabblim/2ζ (1+ζ ) 表 切削 45 鋼時的 Kab 和 β 值 切削速度v(m/min) 50 100 200 每轉(zhuǎn)或每齒進(jìn)給量（ mm） 切削系數(shù)（ N/μ m mm），由試驗決定 ,見表 ； blim—— 該機(jī)床要求的極限切削寬度（ mm）； ζ —— 阻尼比，見表 ； β —— 變動的切削力 P 與工件切削表面垂線的夾角見表 ； 第頁共 34 頁 φ —— 刀具的主偏角（度）。這時的 Kab最大，即允許的 blim最小，這是偏于安全的。為了分析車削加工出來的的零件的直線度誤差，精車加工（切削用量：n=1190r/min,ap=,f=，電機(jī)輸出功率 ），該工況稱為主軸的第三工況。對于有些單元必須輸入實常數(shù)，而對于有些單元則不需要輸入實常數(shù)， solid95 實體單元就不需要輸入實常數(shù)。 1)施加約束或邊界條件 約束是定義一個結(jié)構(gòu)的固定部分，確定結(jié)構(gòu)上那些部分的那些自由度為 0。還提供了基于迭代求解法的 JGG（ the Jacobi Conjugate Gradient solver ）求解器、 PGG(the Preconditioned Conjugate Gradient solver) 求解器、 ICCG(the Inplete Cholesky Conjugate Gradient solver)求解器。設(shè)計機(jī)床主軸時，總要進(jìn)行剛度驗算，用有限元法分析計算主軸組件剛度是一種有效的方法．主軸組件由軸承、主軸、軸上傳動零件、卡盤和工組成，在分析主軸組件的剛度時，忽略軸上傳動零件， 主軸的第一工況和第二工況齒輪在主軸上的位置不一樣，因此分別對兩工況下的剛度進(jìn)行 ANSYS 分析，主軸的第三工況屬 工件的精車階段，主軸組件的變形將直接影響工件的加工精度，為此，對工件在切深方向的位移進(jìn)行分析。 要求 CK6132 車床穩(wěn)定性一般時極限切削寬度 blim=。 CK6132 數(shù)控車床主軸組件的模態(tài)分析 ① 分析模型與主軸組件的剛度分析相似，只是不加力載荷。 查看列表中的信息確認(rèn)無誤后，單擊 OK 按鈕，開始求解。 （ 2） 電動機(jī)的 電動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為 1440— 379r／ min，變頻器的頻率范圍為50Hz 一 13Hz。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、深厚的學(xué)術(shù)造詣、寬厚待人的品格使我 受益匪淺 ,將永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)的楷模 ,并且將對我今后的學(xué)習(xí)工作產(chǎn)生積極的影響。值此論文完成之際 ,謹(jǐn)向老師表示最衷心的感謝和最崇高的敬意！ 衷心的感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位老師 ! 付志剛 二零一一年六月于陜西 第頁共 34 頁 參考文獻(xiàn) [1]王慶五 ,左昉 , 胡仁喜 .《 ANSYS 機(jī)械設(shè)計》 .機(jī)械工業(yè)出版社 .. [2]王煥定 ,王偉 .《有限單元法教程》 .哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 . [3] 克利宗 AC 等 .轉(zhuǎn)子動力學(xué) — 彈性力承 .北京 .科學(xué)出版社 .1987. [4]Sawamoto T, KonishiK. The Improvement lf High Righ Rigidity Spindle System for Higher Rotationan Speed. Journal lf JSME 1980,255:119~125. [5]劉鴻文 .材料力學(xué) .高等教育出版社 .1979. [6]黃雨華 , 董遇泰 . 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論和方法 .20xx. [7]張耀滿 ,王旭東 ,蔡光起 ,滕立波 .高速機(jī)床有 限元分析及其動態(tài)性能試驗 [期刊論文 ], 組合機(jī)床與自動化加工技術(shù) 20xx(12). [8]何晶昌 .基于 ANSYS 的 CK6132 數(shù)控車床主軸的靜動態(tài)特性分析研究 (學(xué)術(shù)論文 ).20xx. [9]Stephen,Discussion:‘ Shear Coefficients for Timoshenko Beam Theory’ .Journal of Applied Mechanics,Nov20xx, Issue 6,p959,2p. [10]Ramezanali element analysis of machine and workpiece instability in turning. [11]張宇 .機(jī)床主軸部件有限元分析模型 .機(jī)械設(shè)計與制造 . [12]倪曉宇 .機(jī)床組件有限元分析和優(yōu)化系統(tǒng)的研究和開發(fā) (學(xué)位論文 ). [13]王愛玲 .《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床》 .國防工業(yè)出版社 . [14]Bathe .,Wilson El,Numerical Mehods in Finite Element . [15]王世軍 ,黃世美 .機(jī)床整機(jī) 特性有限元分析方法 [期刊論文 ],組合機(jī)床與自動化加工技術(shù) .20xx(12). [16]黃國權(quán) .《有限元法基礎(chǔ)及 ANSYS 應(yīng)用》 .20xx. [17]黃幼玲 .機(jī)床主軸系統(tǒng)靜動態(tài)性能分析與優(yōu)化設(shè)計 (學(xué)術(shù)論文 ) .20xx 第頁共 34 頁 目錄 第一章引言 ..................................................................................................................... 1 研究的目的和意義 ................................................................................................. 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..................................................................................................... 1 有限元方法的發(fā)展概況及應(yīng)用 ........................................................................ 1 數(shù)控車床的發(fā)展 .............................................................................................. 2 課題的實用意義 .............................................................................................. 3 主要研究內(nèi)容 ........................................................................................................ 3 CK6132 數(shù)控車床簡介 ......................................................................................... 4 第二章 數(shù)控車床的主傳動設(shè)計 .................................................................................... 4 機(jī)床主傳動變速系統(tǒng)的參數(shù) .................................................................................. 4 機(jī)床主傳動功率 ................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 第頁共 34 頁 主軸的靜態(tài)性能。 第頁共 34 頁 圖 主軸組件的第一階振型 圖 主軸組件的第二階振型 第頁共 34 頁 圖 主軸組件的第三階振型 圖 主軸組件的第四階振型 第頁共 34 頁 圖 主軸組件的第五階振型 圖 主軸組件的第六階振型 第頁共 34 頁 圖 主軸組件的第七階振型 圖 主軸組件的第八階振型 第頁共 34 頁 圖 主軸組件的第九階振型 圖 主軸組件的第十階振型 模態(tài)分析結(jié)果與分析 振型的大小只是一個相