【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 分析方法和研究對(duì)象 ANSYS簡(jiǎn)介ANSYS由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE工具之一。 ANSYS的主要應(yīng)用領(lǐng)域ANSYS有限元軟件包是一個(gè)多用途的有限元法計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問題。因此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域： 航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)器械等。 ANSYS操作界面圖11 ANSYS操作界面ANSYS操作界面如上圖11所示，目前還沒有漢化版本。該軟件的操作界面比較復(fù)雜，特別是建模部分較為繁瑣。因此一般都是用三維軟件建模，再將模型導(dǎo)入ANSYS經(jīng)行網(wǎng)格劃分和分析計(jì)算。這樣能大大的提高工作效率。圖12 ANSYS可視化分析結(jié)果ANSYS的優(yōu)點(diǎn)就在于，可以對(duì)分析結(jié)果經(jīng)行可視化分析。如上圖12。零件的應(yīng)力采用不同的顏色被表示出來，給設(shè)計(jì)人員更加直觀的影響。 ANSYS主要分析步驟靜力分析的定義：靜力分析計(jì)算在固定不變的載荷作用下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，即由于穩(wěn)態(tài)外載引起的系統(tǒng)或部件的位移、應(yīng)力、應(yīng)變。同時(shí)，結(jié)構(gòu)靜力分析還可以計(jì)算那些固有不變的慣性載荷以及那些可以近似為靜力作用的隨時(shí)間變化的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。靜力分析中的載荷靜力分析用于計(jì)算有那些不包括慣性和阻尼效應(yīng)的載荷作用于結(jié)構(gòu)或部件上引起的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力。固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定：即假定載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時(shí)間的變化非常緩慢。靜力分析所施加的載荷包括：(1)外部施加的作用力和壓力；(2)穩(wěn)態(tài)的慣性力；(3)位移載荷；(4)溫度載荷。我們以靜力分析為例來介紹一下ANSYS。主要分析步驟：確定結(jié)構(gòu)的分析方案（線、面、體）：桁架、殼、實(shí)體等；注意線性單元和高次單元的使用；對(duì)稱性等簡(jiǎn)化方法的運(yùn)用；根據(jù)分析的類型確定單元類型、實(shí)常量等，特別是單元類型的某些選項(xiàng)，對(duì)于某些分析十分重要；設(shè)定材料模型；采用各種方法建立模型。在進(jìn)行布爾運(yùn)算時(shí)特別注意運(yùn)算對(duì)以后分析的影響，尤其是在某些情況下有些網(wǎng)格較難生成，因此對(duì)于布爾運(yùn)算要慎重考慮，為解決該問題應(yīng)盡量采用幾何體素直接建模；將材料、實(shí)常量等參數(shù)賦給模型，在某些情況下可以同時(shí)指定方向點(diǎn)；按情況劃分網(wǎng)格：自由網(wǎng)格或自由網(wǎng)格，設(shè)置合適的網(wǎng)格密度等，尤其注意網(wǎng)格設(shè)置；在生成節(jié)點(diǎn)和單元后，根據(jù)實(shí)際情況定義接觸單元、自由度的耦合及約束方程等；施加力和約束等；求解：注意設(shè)置合適的求解選項(xiàng)；進(jìn)入后處理菜單獲得計(jì)算結(jié)果等。ANSYS提供兩種后處理方式，即POST1和POST26。前者用于處理整個(gè)模型在某一載荷步(時(shí)間點(diǎn))的結(jié)果。后者處理模型中特定點(diǎn)在所有載荷步(整個(gè)瞬態(tài)過程)的結(jié)果。結(jié)果均可用彩色云圖、矢量圖和列表來顯示；1評(píng)價(jià)分析結(jié)果。 研究對(duì)象本文將對(duì)常見的C6140型號(hào)機(jī)床（如圖13）的主軸經(jīng)行綜合分析C6140車床型號(hào)解釋床身上最大回轉(zhuǎn)直徑為400mm的臥式車床的型號(hào)為：C 61 40 類代號(hào)：車床類組、系代號(hào)：臥式車床 主參數(shù)：Φ400mm圖13 C6140車床C1640型號(hào)的普通機(jī)床通用性較好，它適合用于加工各種軸類、套同類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面。C1640車床有24個(gè)轉(zhuǎn)速，其中最高轉(zhuǎn)速為1400轉(zhuǎn)/分。車床結(jié)構(gòu)主軸箱：進(jìn)給箱：作用是變換進(jìn)給量，并把運(yùn)動(dòng)傳給溜板箱溜板箱：帶動(dòng)刀架實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給，快速移動(dòng)或車螺紋刀架：裝四組刀具，按需要手動(dòng)轉(zhuǎn)位使用尾座：支持工件或安裝鉆頭等孔加工刀具床身：部件都安裝在床身上，以保持部件間相互位置精度。三箱內(nèi)裝有主軸實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)，主軸端部有三爪或四爪卡盤以夾持工件 C6140車床簡(jiǎn)介C6140普通車床主要組成部件有：主軸箱、交換齒輪箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠、床身、床腳和冷卻裝置。主軸箱：又稱床頭箱，它的主要任務(wù)是將主電機(jī)傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過一系列的變速機(jī)構(gòu)使主軸得到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時(shí)主軸箱分出部分動(dòng)力將運(yùn)動(dòng)傳給進(jìn)給箱。主軸箱中等主軸是車床的關(guān)鍵零件。主軸在軸承上運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質(zhì)量，一旦主軸的旋轉(zhuǎn)精度降低，則機(jī)床的使用價(jià)值就會(huì)降低。圖14 C6140的傳動(dòng)原理圖進(jìn)給箱：又稱走刀箱，進(jìn)給箱中裝有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的變速機(jī)構(gòu)，調(diào)整其變速機(jī)構(gòu)，可得到所需的進(jìn)給量或螺距，通過光杠或絲杠將運(yùn)動(dòng)傳至刀架以進(jìn)行切削。絲杠與光杠：用以聯(lián)接進(jìn)給箱與溜板箱，并把進(jìn)給箱的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給溜板箱，使溜板箱獲得縱向直線運(yùn)動(dòng)。絲杠是專門用來車削各種螺紋而設(shè)置的，在進(jìn)行工件的其他表面車削時(shí)，只用光杠，不用絲杠。同學(xué)們要結(jié)合溜板箱的內(nèi)容區(qū)分光杠與絲杠的區(qū)別。溜板箱：是車床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的操縱箱，內(nèi)裝有將光杠和絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成刀架直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，通過光杠傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快速移動(dòng)，通過絲杠帶動(dòng)刀架作縱向直線運(yùn)動(dòng)，以便車削螺紋。刀架：有兩層滑板(中、小滑板)、床鞍與刀架體共同組成。用于安裝車刀并帶動(dòng)車刀作縱向、橫向或斜向運(yùn)動(dòng)。尾架：安裝在床身導(dǎo)軌上，并沿此導(dǎo)軌縱向移動(dòng)，以調(diào)整其工作位置。尾架主要用來安裝后頂尖，以支撐較長(zhǎng)工件，也可安裝鉆頭、鉸刀等進(jìn)行孔加工。床身：是車床京都要求很高的帶有導(dǎo)軌(山形導(dǎo)軌和平導(dǎo)軌)的一個(gè)大型基礎(chǔ)部件。用于支撐和連接車床的各個(gè)部件，并保證各部件在工作時(shí)有準(zhǔn)確的相對(duì)位置。冷卻裝置：冷卻裝置主要通過冷卻水泵將水箱中的切削液加壓后噴射到切削區(qū)域，降低切削溫度，沖走切屑，潤(rùn)滑加工表面，以提高刀具使用壽命和工件的表面加工質(zhì)量。C6140車床的主要參數(shù)如下：床身上最大的工件回轉(zhuǎn)直徑 400mm 刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 210mm 最大的工件長(zhǎng)度 750mm 1000mm 1500mm 2000mm 最大車削長(zhǎng)度 650mm 900mm 1400mm 1900mm 主軸中心至床身平導(dǎo)軌距離 205mm 主軸內(nèi)控直徑 48mm 刀架最大行程：縱向650mm 900mm1400mm 1900mm 橫向320mm 小滑板140mm 主軸內(nèi)孔錐度 莫氏6號(hào) 主軸轉(zhuǎn)速：正轉(zhuǎn)24級(jí) 10～1400r/min 反轉(zhuǎn)12級(jí) 14～1500r/min 進(jìn)給量：縱向64級(jí) ～橫向64級(jí) f橫≈ 刀架快速移動(dòng)速度 4m/min 車削螺紋范圍：公制螺紋44種 T＝1～192mm 英制螺紋20種 a＝2～24牙/in 模數(shù)螺紋39種 m＝～48mm 徑節(jié)螺紋37種 DP＝1～96牙/in 主電動(dòng)機(jī) 1450r/min 刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) 2800r/min 機(jī)床型號(hào): C6140頂尖距離L: 750,1000,1500,2000中心高H: 205加工最大直徑|在床面以上: 400加工最大直徑|在橫刀架以上: 210加工最大直徑|在溜板以上: 刀具支持面至中心線高度M: 26刀架|最大行程|縱向: 刀架|最大行程|橫向: 320/260刀架|最大行程|小刀架: 140/130刀架|小刀架回轉(zhuǎn)角: 177。90176。尾座|最大橫向移動(dòng)量: 尾座|套筒移動(dòng)量: 150尾座|莫氏錐度號(hào)數(shù): 5 C6140車床主軸箱主軸箱固定在床身的左上部。主軸箱內(nèi)裝有主軸部件及主軸變速機(jī)構(gòu)。主軸前端可安裝卡盤。花盤等夾具，用以裝夾工件并帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)。主軸箱結(jié)構(gòu)：主軸箱設(shè)計(jì)圖由展開圖與剖面圖組成。C6140車床主軸箱展開圖14：（1)I軸組件： 皮帶輪的卸荷結(jié)構(gòu)；片式摩擦離合器M1