【正文】 S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)鍵是我們在使用各個(gè)量的單位時(shí)必須統(tǒng)一。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。下面是國際單位制中的七個(gè)基本單位，其他所有的單位都可由這七個(gè)基本單位導(dǎo)出： SI基本單位 [14] 量的名稱 單位名稱 單位符號 長度 米 m 質(zhì)量 千克（公斤） kg 時(shí)間 秒 s 電流 安（培） A 熱力學(xué)溫度 開（爾文） K 物質(zhì)的量 摩托（爾） mol 發(fā)光的量 坎（德拉） cd 因此，只要所有的量都表示成這七個(gè)基本單位的某種組合，就可以保證單位制不會出錯(cuò)。例如，重力加速度 g 的單位涉及到長度和時(shí)間兩個(gè)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(jì)說明書（論文） 第 20 頁 數(shù)值就是 。 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 。 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。本文采用高精度的 Solid45 單元對結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化。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(gè)單元， 31973 個(gè)節(jié)點(diǎn)。對單元進(jìn)行質(zhì)量檢測，所有單元均滿足畸變要求 [15]。 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)說明書（論文） 第 27 頁 結(jié)論： 頻率為 時(shí)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。解決方案：增大立柱整體剛度，可加厚筋板的厚度，最有效的方法就是想辦法增加剛度，減少質(zhì)量，這樣才能提高整體固有頻率。 插齒機(jī)機(jī)床結(jié)合部的有限元分析 機(jī)床結(jié)合部的 接觸剛度以及與之相關(guān)聯(lián)的機(jī)床靜變形在機(jī)床總剛度和總的靜變形中占有重要地位。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%。由于機(jī)床結(jié)合部屬于柔性聯(lián)接 , 當(dāng)受動(dòng)載荷作用時(shí) , 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(shí)表現(xiàn)出接觸剛度和接觸阻尼。在大多數(shù)機(jī)械中 , 結(jié)合部的接觸阻尼約占機(jī)床全部阻尼的 90%以上。這些表明機(jī)床結(jié)合部的接觸剛度和接觸阻尼對機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能有重大影響。 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)。這方面的研究已經(jīng)有大量的報(bào)道 , 而且基于模態(tài)的試驗(yàn)建模技術(shù)也日趨成熟。但是 , 對于機(jī)床等大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建模 , 影響其有限元建模精度的最大難點(diǎn)是結(jié)合部特征參數(shù)的準(zhǔn)確識別 , 這也是當(dāng)今國內(nèi)、外動(dòng)力學(xué)建模領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 早在 20 世紀(jì) 60 年代 , 人們就已注意到結(jié)合部問題對機(jī)械結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)性能的顯著影響 , ,并著手研究結(jié)合部問題。研究內(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)識別、動(dòng)力特性分析、對機(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。其中 , 結(jié)合部剛度和阻尼機(jī)理的研究 , 是揭示和把握 結(jié)合部影響因素的關(guān)鍵。在這些研究中逐漸發(fā)展出三類確定結(jié)合部動(dòng)力學(xué)參數(shù)的方法：理論計(jì)算法、試驗(yàn)測試法和理論計(jì)算與試驗(yàn)測試相結(jié)合的方法。理論計(jì)算法的特點(diǎn)是物理意義明確、實(shí)際運(yùn)用簡單方便 , 可在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)階段用于機(jī)床的整機(jī)有限元分析 , 但其計(jì)算數(shù)據(jù)的適用范圍不廣 , 只在其特定的適用范圍內(nèi)才能保證其計(jì)算精度。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)。試驗(yàn)識別法是通過動(dòng)態(tài)試驗(yàn)局部或整體識別結(jié)合部等效動(dòng)力學(xué)參數(shù)的方法 ,可以采用頻域或 時(shí)域方法估計(jì)結(jié)合部的等效動(dòng)力學(xué)參數(shù)理論建XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 28 頁 模與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)相結(jié)合的系統(tǒng)辨識方法具有較可靠的理論基礎(chǔ) , 經(jīng)過長期的研究和改進(jìn)日趨成熟和完善。但它有一個(gè)不可克服的缺點(diǎn)就是其對系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征的描述沒有明確的物理意義且用于系統(tǒng)辨識的傳遞函數(shù)必須在實(shí)體模型上取得 ,這表明它不能用于設(shè)計(jì)階段對機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。另外 , 它對數(shù)據(jù)的采集和處理的工作量很大 , 原理也較復(fù)雜 , 因此一般只被用于大型重要部件或整機(jī)的系統(tǒng)辨識。 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。影響其本構(gòu)關(guān)系的因素很多 , 不但有 內(nèi)因（結(jié)合部的幾何形狀及位置關(guān)系、法向預(yù)緊力、結(jié)合部表面粗糙度和表面介質(zhì)、構(gòu)成結(jié)合部各構(gòu)件的材料匹配等） , 而且有外因（外部作用力大小、方向、方式和作用位置以及結(jié)合部相對運(yùn)動(dòng)的速度等）。甚至其結(jié)構(gòu)關(guān)系可能是時(shí)變的或不可完全恢復(fù)的。在這樣的情況下 , 要找到一種統(tǒng)一的適用于所有結(jié)合部的、又有明確物理意義的高精度特征參數(shù)識別方法實(shí)際上是不現(xiàn)實(shí)的。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)識別方法和數(shù)據(jù)庫是一種可行的選擇。 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 29 頁 插齒機(jī)整機(jī)有限元 分析 在建立有限元模型前 ,用 Pro /E 首先建立機(jī)床框架的實(shí)體模型 ,并按下列原則進(jìn)行模型簡化。 1. 簡化功能件和非承載構(gòu)件。有些構(gòu)件僅為滿足結(jié)構(gòu)或使用上的要求而設(shè)置 ,并非根據(jù)強(qiáng)度的要求而設(shè)置 ,例如 :軸承座、吊孔、線路孔等。這些構(gòu)件對機(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。 2. 為了提高計(jì)算速度 ,部分圓弧過渡簡化為直角過渡 ,工藝上需要的倒角、拔模斜度等都不考慮。 ,對截面形狀作一定的簡化。 4. 對于一些結(jié)構(gòu)上的孔、臺肩、凹槽、翻邊在截面形狀特性等效的 基礎(chǔ)上盡量簡化 ,對截面特性影響不大的特征予以忽略。按照簡化原則 ,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。在生成零件三維模型節(jié)點(diǎn)和單元網(wǎng)格之前 ,必須先定義合適的單元屬性。即必須設(shè)定 :單元的類型 (如 BEAM SHELL6 SOL ID4 SOL ID95)等、單元實(shí)常數(shù) (給定諸如厚度、截面積或者彈簧單元的剛度 K 等單元的幾何特性 )以及單元的材料特性 (如楊氏模量、熱傳導(dǎo)率等 ) 。 在進(jìn)行模態(tài)分析過程中 ,首先要指定分析類型和分析選項(xiàng) ,在大多數(shù)分析過程中將選用 Subspace 法、 BlockLanczos 法、 Power Dynamic 法和 Reduce Householder 法。 Damped 法和 Unsymmetric 法只在特殊情況下才會用到。本文選擇 Block Lanczos 法提取模態(tài)。最后 ,選擇 Solution 中的 Solve 選項(xiàng)求解 ,列出前十階受約束的固有振動(dòng)特性。 本文床身材料采用灰鑄鐵 , 材料參數(shù) : 楊氏模量 E=2e5MPa, 密度ρ=, 泊松比μ =。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)。對單元進(jìn)行質(zhì)量檢測，所有單元均滿足畸變要求。床身三維圖網(wǎng)格劃分后生成有限元模型如圖 412 所示。 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 30 頁 圖 412 插齒機(jī)整機(jī)網(wǎng)格化分結(jié)果 床身的振動(dòng)可以表達(dá)為各階固有振型的線性組合 , 其中低階固有振型要比高階對床身的振動(dòng)影響大 , 越是低階影響就越大 , 因此低階振型對床身的動(dòng)態(tài)特性起決定作用 ,故進(jìn)行床身的振動(dòng)特性的分析計(jì)算時(shí)通常取前 1～ 10 階。 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 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。 圖 413 一階振型 一階振型是機(jī)床的頂部擺動(dòng) , 紅色代表最大振幅 ,在頻率較低的情況下，其值是最小 ，最大為 , 由圖可知床身的中上部變形較大。底端振幅較小。 圖 414 二階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 32 頁 二階振型依然是機(jī)床頂部機(jī)箱的擺動(dòng)，立柱和刀箱在頻率較低的時(shí)候，振幅最小為 ，最大振幅為 。由于振動(dòng)在頂部，振幅在合理范圍 之內(nèi)，不會影響機(jī)床整機(jī)性能。 圖 415 三階振型 三階振型中，在頻率較低時(shí)時(shí)振幅為 ，從振型圖中可以看出虛線部分為未變形前的輪廓線。 圖 416 四階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 33 頁 第四階振型中，振幅位移