【正文】 求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印 刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評價： 一、撰寫（設(shè)計）過程 學(xué)生在論文（設(shè)計）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計）水平 論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評閱教師評閱書 評閱教師評價： 一、論文（設(shè)計）質(zhì)量 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）水平 論文（設(shè)計） 的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 1 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見 教研室（或答辯小組）評價： 一、答辯過程 畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二 、論文（設(shè)計）質(zhì)量 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計）水平 論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評定成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 2 某車床主軸箱箱體振動分析與加工工藝設(shè)計 摘要 ： 車床主軸箱 是車 床的基礎(chǔ)構(gòu)件，它支撐著主軸箱中各個軸并確定著它們之間的相對位置 關(guān)系 ， 當(dāng)主軸箱振動時，它就會將振動傳遞給箱體中的軸，再由軸傳遞到加工工件上，影響工件的加工質(zhì)量。 而模態(tài)分析是動態(tài)分析中的一個重要部分，我們 利用 ANSYS 有限元分析軟件 建立有限元模型并對 C6150 車床主軸箱 進行模態(tài)分 析，獲得了車床主軸箱的固有頻率和振型 ， 通過各階固有頻率的分析，我們可以調(diào)節(jié) 箱體中其它部件 的頻率，以避免產(chǎn)生共振；通過 對各階固有振型的分析找出箱體的薄弱環(huán)節(jié)并對其進行改善。 對改進后的主軸箱 體進 行加工工藝設(shè)計 ，合理安排加工工序并確定切削用量，以獲得符合要求的主軸箱體。隨著科學(xué)技術(shù)與社會需求的飛速發(fā)展，對機床加工質(zhì)量、切削效率和自動化程度的要求也越來越高，機床的動態(tài)特性就成為機床設(shè)計與制造中一項很重要的問題。 本篇論文即通過 ANSYS 有限元分析軟件對C6150 主軸箱進行模態(tài)分析，以得到主軸箱的各階固有頻率和固有振型，根據(jù)對固有頻率和固有振型的分析合理選擇 箱體中其它部件 的頻率并對主軸箱進行優(yōu)化設(shè)計 ，以 減小箱體的振動對箱體加工工藝及零件加工精度的影響。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 主軸箱作為齒輪箱的一種，人們對其振動的研究早在一個世紀(jì)前就開始了，但直到六十年代中期，齒輪的振動問題作為評價主軸箱裝置好壞的重要因素引起了世界范圍內(nèi)的廣發(fā)關(guān)注。模態(tài)分析的理論基礎(chǔ)是在機械阻抗和導(dǎo)納概念上發(fā)展起 來的，目前所應(yīng)用的 模態(tài)分析技術(shù) 分為理論模態(tài)分析和實驗?zāi)B(tài)分析 ， 理論模態(tài)分析是以線型振動理論為基礎(chǔ)的，實驗?zāi)B(tài)分析又稱模態(tài)分析的實驗過程。利用實驗?zāi)B(tài)分析結(jié)果檢驗、補充和修正原始有限元動力分析模型；利用修正后的有限元模型計算結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性和響應(yīng)，并進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。近年來有限元方法已發(fā)展到流體力學(xué)、溫度場、電傳導(dǎo)、磁場、滲流和聲場等“耦合場”問題的 求解計算。與此同時還增強了可視化的前置建模和后置數(shù)據(jù)處理功能。 對研究問題的認識 及現(xiàn)實意義 對研究問題的認識 模態(tài)分析是機床動力學(xué)分析的基礎(chǔ)，主要用于確定機床結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，即固有頻率和相應(yīng)振型。但是，實際上它的動力特性主要由少數(shù)一些低階模態(tài)決定，只要應(yīng)用這些模態(tài)就可以相當(dāng)精確地表達它的動力特性。盡量使各主要部件第一階模態(tài)頻率遠離工作頻帶，以避免集成的整機模態(tài)頻率與工作激勵頻率相近時，導(dǎo)致整機結(jié)構(gòu)共振。 通過對主軸箱的模態(tài)分析我們可以想到，主軸箱體作為一個裝配體，它的加工精度不僅受主軸 箱本身精度的影響，同時還受裝配在主軸箱內(nèi)的各軸的影響，裝配質(zhì)量同樣影響 車床整體 的加工精度，而且影響甚大，這就讓我們想到了一個問題：同樣的高精度機床，拆卸之后再裝配回去卻達不到之前的加工精度了。固有頻率和振型是承受動態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要參數(shù)，了解結(jié)構(gòu)本身具有的固有頻率和振型，調(diào)節(jié) 箱體中其它部件的固有頻率，避開共振區(qū)，就可避免在使用中因共振因素造成不必要的損失；其次還能確定固有頻率是否安全可靠， 振型是否影機床精度，根據(jù)此數(shù)據(jù)還可對機床床身相關(guān)的部件進行優(yōu)化設(shè)計，使它滿足機床對加工質(zhì)量和加工精度的要求。 6 主要研究內(nèi)容 （ 1） 研究 C6150 車床的整體構(gòu)造，特別是對車床中的一個基礎(chǔ)件主軸箱的研究，主要是關(guān)于主軸箱與其相接觸的各零部件的結(jié)構(gòu)形式，如主軸箱內(nèi)的各主軸以及坐落在其上的掛輪箱，對 C6150 主軸箱部分進行受力分析 以及主軸箱與床身和主軸的相對位置的確定。將其導(dǎo)入 ANSYS 工程分析軟件中，進行必要的 參數(shù) 定義，包括定義單元類型和材料屬性等，接著就是對模型進行網(wǎng)格劃分，定義邊界條件，為運用有限元軟件對其進行有限元分析做好準(zhǔn)備。 （ 4） 對箱體的薄弱環(huán)節(jié)進行優(yōu)化 ，通過改進箱體局部結(jié)構(gòu)或者尺寸以達到改 善箱體振動特性的目的，對改進后的箱體重新做一次模態(tài)分析，比較優(yōu)化前后箱體的振型或者總變形，看箱體的振動特性是否得到改善。主軸箱主要的加工表面為平面和孔，其中孔的加工是最重要的，因為個主軸孔的尺寸精度、位置精度以及各孔之間的位置精度將對機床加工過程中的振動產(chǎn)生顯著影響，最后反映在零件的加工精度上。通過對單自由度系統(tǒng)的分析可知，它有一個固有頻率和固有振型。 xxx 、 ??? 分別為加速度向量、速度向量、位移向量， f為外激勵向量。 在結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題中結(jié)構(gòu)固有頻率和固有振型是動力學(xué)問題分析的基礎(chǔ)。對于整個結(jié)構(gòu)，由達朗貝爾原理有： FKCM ??? ??? ??? (1) 式中 M總質(zhì)量陣，δ 整個彈性節(jié)點位移矢量， C總阻尼陣， K總鋼陣， F總外加激振力矩陣。 由于彈性體的自由振動總可以分解為一系 列簡諧振動的疊加，為了求解結(jié)構(gòu)自由 8 振動的固有頻率及相應(yīng)的振型，考慮如下簡諧振動的解，即假設(shè) jwtqe?? (3) 式中： q節(jié)點位移的振幅矩陣，它與時間無關(guān)； w 固有頻率； t時間。 和相對應(yīng)的非零向量 q滿足式 (7)。 和 q分別稱為廣義特征值和廣義特征向量。 記λ =ω178。如果將式 (9)展開，則得λ的 n次代數(shù)方程，由此可解出 n個廣義特征值。 模態(tài)分析的基本步驟 9 （ 1）模型的建立 建模過程和其它類型的分析類似，但在模態(tài)分析中只有線性行為是有效的。材料的性質(zhì)可以是線性的或非 線性的、各向同性的或各項異性的、恒定的或和溫度相關(guān)的。 （ 2）加載并求解 進入 ANSYS求解器，指定分析類型和分析選項，定義主自由度，在模型上加載，指定載荷步選項，開始求解計算，退出 SOLUTION。具體方法是：再次進入 ANSYS求解器，激活擴展處理及相關(guān)選項，指定載荷步選項，開始擴展處理，退出 SOLUTION。分析結(jié)果包括：固有頻率、已擴展的振型、相對應(yīng)力和位移分布。觀察結(jié)果數(shù)據(jù)的過程是 t讀入合適子步的結(jié)果數(shù)據(jù)，執(zhí)行后處理操作。 2） 把 ANSYS工作目錄設(shè)置成剛才保存 *.x_t文件的文件夾。 4） 現(xiàn)在看到的模型 是 線框， PlotCtrls→ Style→ Solid Model Facets→下拉框中選擇 Normal Faceting→ OK, 鼠標(biāo)右鍵 選擇 Replot重生，即可看到實體了。需要定義的屬性有： (1)定義單元類型 ANSYS提供了 200多種不同的單元類型，以適用于各種工程的分析。單元類型決定了單元的自由度數(shù)和單元位于二維空間還是三維空間。對于三維問題，最常用的是實體單元。由于主軸箱結(jié)構(gòu)為空間不規(guī)則幾何體，故選用SOLIDl86單元。根據(jù)應(yīng)用的不同，材料特性可以是：線性或非線性，各向同性、正交異性或非彈 性，不隨溫度變化或隨溫度變化。在一個分析中可能有多個材料特性， ANSYS通過參考號來識別每個材料特性。 泊松比： U=0． 3。 (