【正文】 當(dāng)受動載荷作用時 , 結(jié)合部會產(chǎn)生微小的位移 , 使結(jié)合部既儲存能量又消耗能量 , 同時表現(xiàn)出接觸剛度和接觸阻尼。 插齒機機床結(jié)合部的有限元分析 機床結(jié)合部的 接觸剛度以及與之相關(guān)聯(lián)的機床靜變形在機床總剛度和總的靜變形中占有重要地位。 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 21 頁 模態(tài)分析結(jié)果： 模態(tài)分析過程： 圖 41 立柱網(wǎng)格劃分結(jié)果 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 22 頁 圖 42 第一 階振型 圖 43 第二階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 23 頁 圖 44 第三階振型 圖 45 第四階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 24 頁 圖 46 第五階振型 圖 47 第六階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 25 頁 圖 48 第七階振型 圖 49 第八階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 26 頁 圖 410 第九階振型 圖 411 第十階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 27 頁 結(jié)論： 頻率為 時最大振幅為 ，屬第四階振型，最大振幅處在立柱中間部的筋板處。利用智能控制自由網(wǎng)格劃分方式，共將圖 41 所示模型離散為 90778 個單元， 31973 個節(jié)點。 立柱的有限元分析 立柱的材料為鑄鋼，彈性模量 E＝ ，泊松比λ＝ ，密度ρ＝ 7800 kg/m3。例如，重力加速度 g 的單位涉及到長度和時間兩個基本單位，因此在國際單位制中，重力加速度的單位必須是： m/s2，而在國際單位制中的XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 20 頁 數(shù)值就是 。對于我們中國人來說，國際單位制應(yīng)該是大多數(shù)人的選擇。這一步在 PROE和 ANSYS中全部都使用國際標(biāo)準(zhǔn)單位制，即長度： m ；力： N ；時間： s ；溫度： K ；壓強 /壓力： Pa；面積： m2 ；質(zhì)量： kg ,確保了分析結(jié)果不失真，且易于讀懂結(jié)果數(shù)據(jù)。 在 ANSYS中分析的注意事項： ① 在 PRO/E中用公制 (mmns)或英制單位建好模型后，在“ 編輯 — 設(shè)置 — 單位”中，新建單位制，全部采用國際標(biāo)準(zhǔn)單位制，然后點擊“設(shè)置”，用“轉(zhuǎn)換尺寸”將原單位制下的模型轉(zhuǎn)換為新的即國際標(biāo)準(zhǔn)單位制 (mnsK)下的尺寸，再啟動 ANSYS Geom。 如果第 4 步成功的話，運行 PRO/E 后就可在其菜單欄里面看見多了一個 ，注意此時還沒有最后成功。 安裝完成以后不要立即運行 ANSYS，首先運行 License Server管理器，完成 License注冊。然后進行安裝（在第二步安裝 License 過程中，對于安裝提示①是否是 1 或 3 SERVER，選擇“是”；②是否有 License文件時，選“是”；③選剛才生成的 ，注意要設(shè)置環(huán)境變量，然后重新啟動。 優(yōu)點：可 快速生成復(fù)雜的 3D實體零件模型（包括裝配模型 ASM）；一次性導(dǎo)入XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 18 頁 ANSYS 后基本不用進行修修補補，兼容性較好，可認(rèn)為是無縫連 [13]。 目前最新版本是 ANSYS 。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動態(tài)性能分析。這些功能可用來確定音響話筒的頻 率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場強度分布，或預(yù)測水對振動船體的阻尼效應(yīng)。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對流換熱效應(yīng)。分析結(jié)果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率。還可用于螺線管 、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設(shè)計和分析領(lǐng)域。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分析能力。 程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對流和輻射。 ANSYS程序可以分析 大型三維柔體運動。 結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。 ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進行線性分析，而且也可以進行非線性分析，如塑性、蠕變 、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。 ANSYS軟件提供的分析類型如下： 用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。 軟件提供了 100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。 軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。 ANSYS有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機設(shè)計程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。 CAE的技術(shù)種類有很多，其中包括有限元法 (FEM,即 Finite Element Method),邊界元法 (BEM,即 Boundary Element Method)，有限差法 (FDM,即Finite Difference Element Method)等。 ANSYS 軟件簡介 ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。 綜上所述，有限元法的基本思想“一分 一合”。 求解未知節(jié)點位移 引入支承條件，解有限元方程就可求出未知節(jié)點位移。 單元組集 利用結(jié)構(gòu)力的平衡條件和邊界條件把各個單元按原來的結(jié)構(gòu)重新連接起來形成整體的有限元方程。 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 15 頁 單元節(jié)點的設(shè)置、性質(zhì)、數(shù)目等應(yīng)視問題的性質(zhì)及描述變形形態(tài)的需要和計算精度而定。 結(jié)構(gòu)離散化 離散化是把一個連續(xù)體分割成若干個通過節(jié)點（ Node)連接的單元(Element)，這樣一個無限自由度 (DOF， DegreeofFreedom)的結(jié)構(gòu)就變成了一個具有有限自由度的近似結(jié)構(gòu)。有了計算機這種強有力的計算工具，有限元法應(yīng)用才由彈性力學(xué)的平面問題擴展到空間問題、板殼問題，由靜力問題擴展到穩(wěn)定性問題、動力問題和波動性問題。利用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識對離散的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)寫出方程，采用矩陣符號推導(dǎo)與計算矩陣就是一個數(shù)學(xué)的計算過程。一般認(rèn)為，有限元法是在 20世紀(jì)50年代中期作為結(jié)構(gòu)分析的矩陣法的推廣而應(yīng)用到固體力學(xué)領(lǐng)域中的。因為單元形狀較為簡單，由平衡關(guān)系或者能量關(guān)系都能比較容易建立起節(jié)點之間的方程式，然后將各單元方程“組集”在一起而形成總體代數(shù)方程組，帶入邊界條件后對該方程組進行求解。 立柱建模 立柱尺寸：長 *寬 *高： 400*400*1400 圖 31 立柱模型圖 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 機床床身建模 圖 32 機床床身三維圖 床身尺寸：長 *寬 *高： 2021*450*500 支架工作臺建模 圖 33 機床支架工作臺 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 13 頁 整機裝配 整機裝配內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 圖 34 工作臺內(nèi)部旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 圖 35 插齒機構(gòu) 圖 36 工作臺讓刀機構(gòu) 圖 37 刀頭 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 14 頁 第四章 數(shù)控插齒機的有限元分析 有限元法概述 有限元法是隨著計算機的發(fā)展而興起有一種現(xiàn)代計算方法，它以計算機作為主要的分析手段，通過離散化將研究的對象轉(zhuǎn)換成與原結(jié)構(gòu)近似的數(shù)學(xué)模型，再通過一系列的規(guī)范化的處理來求解應(yīng)力、應(yīng)變、位移等等參數(shù)的數(shù)值計算方法 [10]。 因為用 Pro/ENGINEER 軟件參數(shù)化建模比 ANASYS 建模要更方便、快捷 , 特別是建立車床床身這樣復(fù)雜的三維實體模型 , 需要耗費大量的時間和精力 , 用 Pro/ENGINEER 軟件可大大提高建立實體模型的效率 , 所 以 就 在Pro/ENGMEER 中建好三維模型后再導(dǎo)入 ANSYS 中 , 具體操作是建成后點擊File→ Save a Copy, 在 Type 項選中 IGES ( ) , 這樣就把 Part ( ) 文件轉(zhuǎn)化為 IGES ( ) 文件 , 然 后在 ANSYS 中點擊 File→ Import 即可打開看到模型。 Pro/ENGINEER 野火版功能強大 , 可以應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計、機械設(shè)計、功能仿真、制造和數(shù)據(jù)管理等領(lǐng)域 , 涉及從設(shè)計到生產(chǎn)的全過程?？紤]到 X 軸和 Y 軸之間的垂直度誤差 不影響齒輪的加工，可以不把這項誤差考慮進去。這些幾何誤差通過傳遞和比例放大等環(huán)節(jié)，形成影響機床定位精度的重要因素。 機床的幾何精度 數(shù)控插齒機是一種特殊的多體系統(tǒng)，由多個部件連接而成。故： 2tsins 2 ???? ， （ 29) 綜上所述，傳動件 n由于本身誤差的存在而在傳動過程中產(chǎn)生的切向誤差可 表示為： ???????????????????????????? nnnnnntbEsssn,A （ 210) XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 10 頁 式中 ， ?????????????????2s i n0002s i nt a n0002s i nt a nA222nnnnnn?????， 稱為誤差轉(zhuǎn)換矩陣。 若 ??? , ?? tans , b?? （ 25) 式中，δ b為軸向跳動公差的最大值。 如 圖 22所示 :若傳動件 (齒輪、蝸桿或絲杠 )在徑向產(chǎn)生的跳動量為△ E,則在切向引起的線性誤差為 : ?Etans ??? ， （ 21) 圖 22 傳動誤差示意圖 若傳動件旋轉(zhuǎn)角度 ??? ,△ E就可用齒輪徑向跳動公差最大值 ? E代入。一般誤差為 :齒輪齒形誤差△ f、相鄰齒距誤差△ t,齒距累積誤差△ t∑ , 杠螺紋半角誤差△ ? 、由于軸承等的誤差產(chǎn)生的齒輪徑向跳動△ E和軸向竄動△ b等。各環(huán)節(jié)的角度誤差，是按照傳動比依次傳遞到