【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(jì)計(jì)算一直沿用一般的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。雖然這些計(jì)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(yàn)方法和測(cè)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(gè)連續(xù)的整體離散成有限個(gè)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(shì)能原理相組合，來(lái)求解 St． Venant 扭轉(zhuǎn)問(wèn)題。例如 Velagala 等人利用有限元法對(duì)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(jì)參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行靜、動(dòng)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(tái)計(jì)算機(jī)直接管理和控制一群數(shù)控機(jī)床。 課題的實(shí)用意義 CK6132 是我校用于實(shí)踐教學(xué)的一臺(tái)數(shù)控車床，配置國(guó)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(zhǎng)度 750mm，主軸采用通用變頻器和雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，主軸轉(zhuǎn)速范圍 100800rmp，該車床在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)振動(dòng)嚴(yán)重，無(wú)法進(jìn)行切槽、切斷加工。 第二章 數(shù)控車床的主傳動(dòng)設(shè)計(jì) 機(jī)床主傳動(dòng)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(gè)區(qū)域內(nèi)的各級(jí)轉(zhuǎn)速并不需要傳遞全部功率。主軸分級(jí)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(shí)電機(jī)功率最低只有 3 380/950＝ ）。 對(duì)車床主軸組件的要求，和一般傳動(dòng)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(dòng)件和軸承正常的工作條件。 靜剛度 靜剛度或簡(jiǎn)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(zhǎng)，使軸承的間隙發(fā)生變化。如果裝有滑動(dòng)軸承，則軸頸的耐磨性對(duì)精度的保持影響很大。滾動(dòng)軸承根據(jù)滾動(dòng)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(dòng)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(hào)為 7000C 型，屬特輕型；或編號(hào)為7190C 型，屬超輕型。它們的旋轉(zhuǎn)精度相當(dāng)于 P4 級(jí)和P2 級(jí)，而內(nèi)、外匿的尺寸精度則分別相當(dāng)于 P5 級(jí)和 P4 級(jí)。計(jì)算時(shí)，如果外載荷無(wú)法確定，可取額定動(dòng)載荷的 1/10 作為軸承載荷，計(jì)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(zhǎng)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(lái)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(jì)機(jī)床時(shí)，可以根據(jù)機(jī)床的尺寸和性能，事先規(guī)定一個(gè)最大切削寬度，從而求得對(duì)機(jī)床的剛度要求 K=Kabblim/2ζ (1+ζ ) 表 切削 45 鋼時(shí)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(yàn)決定 ,見(jiàn)表 ； blim—— 該機(jī)床要求的極限切削寬度（ mm）； ζ —— 阻尼比，見(jiàn)表 ； β —— 變動(dòng)的切削力 P 與工件切削表面垂線的夾角見(jiàn)表 ； 第頁(yè)共 34 頁(yè) φ —— 刀具的主偏角（度）。這時(shí)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(lái)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(duì)于有些單元必須輸入實(shí)常數(shù)，而對(duì)于有些單元?jiǎng)t不需要輸入實(shí)常數(shù)， solid95 實(shí)體單元就不需要輸入實(shí)常數(shù)。 1)施加約束或邊界條件 約束是定義一個(gè)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(jì)機(jī)床主軸時(shí)，總要進(jìn)行剛度驗(yàn)算，用有限元法分析計(jì)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(dòng)零件、卡盤(pán)和工組成，在分析主軸組件的剛度時(shí)，忽略軸上傳動(dòng)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(duì)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(duì)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(shí)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(wú)誤后，單擊 OK 按鈕，開(kāi)始求解。 （ 2） 電動(dòng)機(jī)的 電動(dòng)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(duì)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(píng)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(yè)共 34 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1]王慶五 ,左昉 , 胡仁喜 .《 ANSYS 機(jī)械設(shè)計(jì)》 .機(jī)械工業(yè)出版社 .. 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