【正文】 通過在 PRO/E 里對(duì)原結(jié)構(gòu)的不斷修改 ,以及在 ANSYS里的分析 ,最終得到比較合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案 ,并且在提高薄弱部件固有頻率的基礎(chǔ)上使得各主要部件的固有頻率大于機(jī)床的最大共振頻率 ,避免發(fā)生共振 ,保證了機(jī)床的加工精度。 3. 單元的選取和劃分是影響計(jì)算精度的主要原因。 采用減振器和阻尼器。如將變速操縱機(jī)構(gòu)中齒輪嚙合的制造精度提高，可以減少因齒輪嚙合傳動(dòng)而引起的振動(dòng)。挖防振溝，將機(jī)床安置在防振地基上，設(shè)置彈簧或橡皮墊減少振動(dòng)。故應(yīng)避免外界載荷頻率過高。 2. 實(shí)際部件的非線性被簡(jiǎn)化為理想的線性結(jié)構(gòu)。 整機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 對(duì)整機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。自激振動(dòng)的頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率。利用有限元分析的方法 , 解決多種多樣的工程技術(shù)問題是工程設(shè)計(jì)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。 采用三維設(shè)計(jì)軟件 Pro/ENGINEER 建立插齒機(jī)的實(shí)體模型 , 再導(dǎo)入 ANSYS 有限元軟件進(jìn)行分析 ,充分利用三維設(shè)計(jì)軟件建模方便和易于修改的特點(diǎn) , 大大簡(jiǎn)化了建立三維有限元模型的繁瑣過程。 圖 422 十階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 36 頁(yè) 第十階振型中，振動(dòng)主要集中在了床身部分，當(dāng)頻率為 時(shí)，工作臺(tái)最大的振幅達(dá)到 。 418 六階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 34 頁(yè) 第六階振型中，振動(dòng)主要集中在了刀頭和床身部分，當(dāng)頻率為 時(shí)，工作臺(tái)最大的振幅達(dá)到 。由于振動(dòng)在頂部，振幅在合理范圍 之內(nèi)，不會(huì)影響機(jī)床整機(jī)性能。 經(jīng) 計(jì)算床身的前十階固有頻率分別為： XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 31 頁(yè) 圖 413～ 423 中給出了相應(yīng)于前十階固有頻率的床身振型如下。導(dǎo)入到有限元分析軟件 ANSYS 中 , 模型離散為 191768 個(gè)單元， 61249 個(gè)節(jié)點(diǎn)。 Damped 法和 Unsymmetric 法只在特殊情況下才會(huì)用到。按照簡(jiǎn)化原則 ,運(yùn)用 Pro /E 得到機(jī)床的實(shí)體三維模型 , 再利用 ANSYS 和 Pro/E 的 CAD 文件的連接 , 將其在 Pro /E 里進(jìn)行由 ANSYS Geom 轉(zhuǎn)換為 ANSYS 中的三維模型。這些構(gòu)件對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布和變形影響都較小 ,因此在建模時(shí)將其忽略。而根據(jù)模型的工況、建模和分析的具體要求以及結(jié)合部的具體特性 ,綜合運(yùn)用理論、數(shù)值和實(shí)驗(yàn)方法建立實(shí)用的參數(shù)識(shí)別方法和數(shù)據(jù)庫(kù)是一種可行的選擇。 機(jī)床結(jié)合部的作用機(jī)理非常復(fù)雜 , 其本構(gòu)關(guān)系不僅高度非線性 , 而且一般也各向異性。理論計(jì)算法在工程設(shè)計(jì)中仍有重要意義 , 因?yàn)樗茉谠O(shè)計(jì)階段得到結(jié)合部的動(dòng)力學(xué)特性參數(shù) , 從而在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)真正意義上的整機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究?jī)?nèi)容涉及結(jié)合部剛度和阻尼機(jī)理、結(jié)合部建模、參數(shù)識(shí)別、動(dòng)力特性分析、對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)建模及動(dòng)力特性的影響等諸多方面。 機(jī)床結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)有限元模型的建立是機(jī)床動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì) 的基礎(chǔ)。有文獻(xiàn)認(rèn)為機(jī)床中結(jié)合部的剛度約占機(jī)床總剛度的60%80%, 結(jié)合部引起的變形量約占機(jī)床總的靜變形量的 85%90%。對(duì)單元進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，所有單元均滿足畸變要求 [15]。 ANSYS 分析單位使用情況 鋼的實(shí)常數(shù)為： EX=2e11Pa PRXY= DENS=那么上面的實(shí)常數(shù)在 mm 單位制（即模型尺寸單位為 mm）下輸入到 ANSYS 時(shí)應(yīng)為 EX=2e5MPa PRXY= DENS=上面的實(shí)常數(shù)在 m 單位制（即模型尺寸單位為 m）下 輸入到 ANSYS 時(shí)應(yīng)為 EX=2e11MPa PRXY= DENS=總結(jié)： 如果采用 mm 單位制下實(shí)常數(shù)輸入， Ansys 得到的位移單位為 mm，轉(zhuǎn)角單位為弧度（ rad）； 如果采用 m 單位制下實(shí)常數(shù)輸入， Ansys 得到的位移單位為 m，轉(zhuǎn)角單位為弧度（ rad）； 特別主意，施加載荷的單位是不同的，如 。 分析過程單位的研究 眾所周知， ANSYS中并沒有定義任何一套單位制，單位制的使用全在用戶自己掌握，關(guān)鍵是我們?cè)谑褂酶鱾€(gè)量的單位時(shí)必須統(tǒng)一。 最好將 PRO/E 和 ANSYS 的工作目錄設(shè)成同一個(gè)，同時(shí)將此目錄設(shè)成PRO/E 啟動(dòng)目錄，并在此目錄中配置一個(gè) ，對(duì)其中幾項(xiàng)做調(diào)整： 表 41 配置選項(xiàng) Option Value FEM_ANSYS_annotation yes FEM_default_solver ANSYS FEM_which_ansys_solver FRONTAL FEM_ANSYS_grouping yes Pro_ANSYS_path 的安裝路徑 保存此 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 19 頁(yè) 開始正常使用，先用 PRO/E 中建模，然后調(diào)用 ANSYS 菜單下的 ANSYS GEOM 將模型傳入到 ANSYS 中進(jìn)行分析。同時(shí)在運(yùn)行 License Server 要將生成的 License Guide第三步提示的目錄里（如果一開始就知道是應(yīng)該拷貝到哪個(gè)目錄，就在第③步前將此文件拷貝過去）。 與 接口 目的：用 PRO/E進(jìn)行 3D實(shí)體建模，然后用 ANSYS進(jìn)行有限元分析。 用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對(duì) AC（交流）、 DC（直流）或任意隨時(shí)間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。 主要用于電磁場(chǎng)問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場(chǎng)分布、磁力線分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的積累影響起主要作用時(shí)，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運(yùn)動(dòng)特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 17 頁(yè) 應(yīng)力、應(yīng)變和變形。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。 前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型； 分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力； 后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到 結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。每一種方法各有其應(yīng)用的領(lǐng)域，而其中有限元法應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣，現(xiàn)已應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電路學(xué)、電磁學(xué)等。分是為了進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑蟿t是為了對(duì)整體進(jìn)行綜合分析。對(duì)于總體剛度方程的確定有三種方法 :直接利用總體剛度系數(shù)的定義、集成法、利用節(jié)點(diǎn)間剛度系數(shù)直接寫出總體剛度矩陣。該過程還包括對(duì)單元和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編碼以及局部坐標(biāo)系和整體坐標(biāo)系的確定。而對(duì)于大型的代數(shù)方程的求解則可由計(jì)算機(jī)去完成。有限元分析是利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)的物理系統(tǒng) (幾何和載荷工況 )進(jìn)行模擬，再以簡(jiǎn)單而相互作用的單元用有限數(shù)量的未知量去逼近無(wú)限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。本文將 ProE 和 ANSYS 連接在一起，可以直接導(dǎo)入，而不需要轉(zhuǎn)化成 IGES 格式再導(dǎo)入的繁瑣過程。 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 11 頁(yè) 第三章 數(shù)控插齒機(jī)三維模型的建立 PRO/E 簡(jiǎn)介 Pro/ENGINEER 是 美 國(guó) 參 數(shù) 技 術(shù) 公 司 ( Parametric Technology Corporation, PTC) 開發(fā)的 CAD/CAE/CAM軟件 , 該軟件由于具有強(qiáng)大的參數(shù)化特征造型功能而受到了工程設(shè)計(jì)人員的廣泛應(yīng)用。機(jī)床的各部件在制造和裝配過程中難免有誤差存在，而且當(dāng)某一部件沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生六個(gè)自由度方向的誤差。XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁(yè) 圖 23 傳動(dòng)誤差示意圖 若 ??? ，誤差分布應(yīng)近似于正弦曲線，為： 2s inb ta ns 2 ??? ??? ， （ 26) 同理，對(duì)于蝸桿和絲杠的計(jì)算公式應(yīng)注意：其軸向跳動(dòng)就是切向線性誤差， 故： 2bsins 2 ???? ， （ 27) 對(duì)于齒輪的齒距累積誤差，在切向引起的線性誤差分布近似于正弦曲線， 應(yīng)為： 2sints 2 ?? ??? ， （ 28) 對(duì)于蝸桿和絲杠的圓周線性誤差，應(yīng)考慮相鄰齒距最大公差δ t的影響。由于齒形誤差、相鄰齒距誤差和螺紋半角誤差等相對(duì)很小，而且中間傳動(dòng)件相對(duì)末端件 (工件 )來(lái)說，轉(zhuǎn)速高得多，所以這些因素的影響可XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 8 頁(yè) 以忽略不計(jì)，而只研究徑向跳動(dòng)△ E、軸向竄動(dòng)△ b和齒距累積誤差 ? t∑ 三項(xiàng)主要誤差。 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 7 頁(yè) 機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng) 圖 21 機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng) 齒輪加工誤差分析 傳動(dòng)精度 [8]是指?jìng)鲃?dòng)鏈中各環(huán)節(jié)精度對(duì)刀具和工件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的均勻性和準(zhǔn)確性的影響程度，主要由各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的角度誤差對(duì)工件的角度誤差的影響來(lái)體現(xiàn)。主運(yùn)動(dòng)速度以刀軸每分鐘沖程數(shù)表示。 本機(jī)床可廣泛應(yīng)用十汽車、拖拉機(jī)、飛機(jī)、儀表等行業(yè)。模 態(tài) 分 析分 析 中， 主要 依 據(jù)彈 性 力學(xué) 與 有限 元 的基 本理 論 ， 用 PROE CAD模型并裝配起來(lái)，再導(dǎo)入到 的有限元模型， 用“ BLOCK LANCZOS”法 [5]提取主傳動(dòng)系統(tǒng)的十階模態(tài)，得出其主振型和主振頻率 ，進(jìn)行有限元特性分析 。 同時(shí)研究如何用 PROE 準(zhǔn)確的建立整機(jī)模型，包括部件建模、整機(jī)裝配。 振動(dòng)現(xiàn)象是機(jī)床設(shè)計(jì)中所面臨的問題之一 , 它能造成加工誤差 , 影響零件的加工精度。 固有頻率和主振型是振動(dòng)系統(tǒng)的自然屬性 , 必須通過研究無(wú)阻尼的自由振動(dòng)來(lái)求解 , 假定有個(gè)具有 N 個(gè)自由度的多自由度振動(dòng)系統(tǒng) , 它的無(wú)阻尼自由振動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程為 : 0KxxM . ?? （ 12） 此方程要解耦后求解 , 因線性振動(dòng)的振動(dòng)位移是簡(jiǎn)諧振動(dòng)函數(shù) , 根據(jù)高等數(shù)學(xué)知識(shí)可得此解的形式必為 : x= ehA ( h=i 0? t 且 i2= 1) (13) 代入式 ( 12) 消去 eh, 整理得 ( k 20? m)A=0