【正文】 感謝養(yǎng)育了我 22 年的爸爸和媽媽，謝謝他們給予我的所有的無 私的、偉大的、默默的支持。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時教育著我。 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 有限元實例分析教程，機(jī)械工業(yè)出版社， 2020,4 5． 徐燕申，機(jī)械動態(tài)設(shè)計，北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1992， 11 6． 王國強(qiáng)，實用工程數(shù)值模擬技術(shù)及其在 ANSYS 上的實踐，西北工業(yè)大學(xué)出版社 1999， 8 7． 諸乃雄，動態(tài)設(shè)計機(jī)床原理與應(yīng)用， 同濟(jì)大學(xué)出版社，1987 8． 李潤方 林騰皎 陶澤光 齒輪系統(tǒng)非線性沖擊振動研究 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，計算機(jī)輔助設(shè)計，北京理工大學(xué)出版社， 1990 致謝 本論文是在劉國慶老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的。得出如下結(jié)論： （ 1）對基礎(chǔ)件（床身，工作臺和滑枕等）以及整機(jī)模型進(jìn)行了模態(tài)分析，得出了相應(yīng)的固有頻率和振型，通過振型的動畫顯示，形象而逼真地描述各模態(tài)的振動過程。為使五軸加工中心安全可靠地工作，其結(jié)構(gòu)必須具有良好的靜動特性，故對其進(jìn)行動力學(xué)分析是個重要的任務(wù)。 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 , 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 ,當(dāng)滑枕發(fā)生共振時 ,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發(fā)數(shù)控滑枕床身銑床為技術(shù)背景 ,對基礎(chǔ)件（床身，工作臺和滑枕等）以及整機(jī)模型進(jìn)行虛擬動力學(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，對其工作性能的要求越來越大越高。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。3nd Variable to graph 處輸入 4。 15． 選取菜單途徑 Main MenuTimeHist PostProGraph Variables,彈出 Graph TimeHistory Variables 對話框。 12． 在 userspecified Label 處輸入 UZ；在右邊的滾動框的“ Translation UZ” 13． 選取菜單途徑 Utility MenuPlotCtrlsStyleModify Grid, 彈出 Graph Controls 對話框。 11． 在圖形窗口中點(diǎn)取節(jié)點(diǎn) 15180。 9． 在 Defined TimeHistory Variables 對話框中單擊 Add,再次彈出 Add TimeHistory Variable 對話框。 8． 在 userspecified Label 處輸入 UY；在右邊的滾動框的“ Translation UY”上單擊一次使其高亮度顯示。 7． 在圖形窗口中點(diǎn)取節(jié)點(diǎn) 15180。 5． 在 Defined TimeHistory Variables 對話框中單擊 Add,再次彈出 Add TimeHistory Variable 對話框。 4． 在 userspecified label 處輸入 UX；在右邊的滾動框中的“ Translation UX”上單擊一次使其高亮度顯示。 3． 在圖形窗口中點(diǎn)取節(jié)點(diǎn) 15180。 2． 單擊 Add,彈出 Add TimeHistory Variable 對話框。 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 的位移時間歷程結(jié)果） 1． 選取菜單途徑 Main MenuTimeHist PostproDefine Variables。 15. 當(dāng)求解完成時會出現(xiàn)一個“ Solution is done”的提示對話框。 13. 檢查狀態(tài)窗口中的信息然后單擊 Close。單擊 OK。彈出 Apply F/M on Nodes 拾取窗口。單擊 Apply,彈出Apply F/M on Nodes 拾取窗口。彈出 Apply F/M on Nodes 對話框。彈出 Apply F/M on Nodes 拾取窗口。單擊 OK。 5. 選 取 菜 單 途 徑 Main MenuSolutionLoad Step OptsTime/FrequencDamping, 彈出 Damping Specifications 窗口。 4. 在 harmanic frequency range 處輸入 0 和 25，在 number of substeps 處輸入 25。 3. 選 取 菜 單 途 徑 Main MenuSolutionLoad Step OptsTime/FrequencFreqamp。彈出 New Analysis 對話框。）ＡＮＳＹＳ中只允許采用模態(tài)疊加法。 諧響應(yīng)分析可采用三種方法： FULL 完全法、 REDUCED 縮減法、MODE ＳＵＰＥＲＰＯＳＩＴＩ ＯＮ（模態(tài)疊加法）。分析的目的是計算出結(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)的動力響應(yīng)與系統(tǒng)振動頻率的曲線 ,稱為幅頻曲線。這種分析技術(shù)只計算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動，發(fā)生在激勵開始時的瞬態(tài)振動不在諧響應(yīng)分析中考慮。 激振力的確定 要進(jìn)行諧響應(yīng)分析 ,就必須首先確定隨時間按正弦規(guī)律變化的載荷 ,也就是確定激振力 . 一個完整的激振力有幅值 、相位角和強(qiáng)迫振動頻率組成 ,即 : )c o s ()( 1 ?? ?? tptP () 上式中 1P 、 162。本文在分析動力響應(yīng)特性時采用了振型疊加求解方法。 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)方法來求解。)}({)}({ ??? 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，它們均為時間的函數(shù)。 下面以桂林機(jī)床股份有限公司的數(shù)控滑枕床身銑床的滑枕為例，進(jìn)行虛擬動力學(xué)研究中的響應(yīng)分析。這不僅無法保證機(jī)床的加工精度，也會對機(jī)床造成嚴(yán)重的破壞，這是一定要避免的。 表 31 滑枕的固有振動頻率（ HZ） 階次 1 2 3 4 5 頻率 圖 312 固有頻率為 時的振型 圖 313 固有頻率為 時的振型 圖 314 固有振動頻率為 時的振型 圖 315 固有振動頻率為 時 的振型 圖 316 固有振動頻率為 時的振型 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 工作臺的固有頻率（ HZ） 階次 1 2 3 4 5 頻率 表 35 將底座和工作臺安裝在一起的模型 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 在滑枕工作的時候，會有周期性的激振力作用在滑枕上。 10． 單擊 Stop toolbar 上的按鈕。 8． 選取菜單途徑 Utility MenuPlot CtrlsAnimateMode Shape。 6． 單擊 Stop toolbar 上的按鈕。 4． 單擊“ Auto Repeat”然后單擊 OK。 3． 在對話框中選擇 EditOptions。 2． 選取菜單途徑 Utility MenuPlotCtrlsAnimateMode Shape。瀏覽對話框中的信息然后用 FileClose 關(guān)閉該對話框。 6． 在求解過程結(jié)束后單擊 close。 5． 單擊 OK。 4． 選取菜單途徑 Main MenuSolutionSolveCurrent LS。其它設(shè)置均為默認(rèn)值。將 Calculate elem results 設(shè)為打開狀態(tài)，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 對話框?；淼墓逃蓄l率見表 31。在求解大型結(jié)構(gòu)的少數(shù)特征對時，子空間迭代法是很有效的方法。子空間迭代法是近年發(fā)展起來的求解廣義特征值問題的有效方法。 下面對網(wǎng)格劃分和加約束后的基礎(chǔ)件（床身，工作臺和滑枕等）以及整機(jī)模型進(jìn) 行模態(tài)分析。它也是其它詳細(xì)的動力學(xué)分析的起點(diǎn)，例如瞬態(tài)動力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析、譜分析等。 5． 單 擊 OK。 Apply U,ROT on Nodes 對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。 2．激活 Box 選項，在模型上手動選取所需施加的約束。 第 7 步：對模型施加約束 1．選取菜單途徑 : MainMenuSolutionLoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes。 Subspace Modal Analysis 對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。 5．