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深孔加工動力減振鏜桿的有限元分析

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更新時間：2014-06-29
發(fā) 布人： 2331673406

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摘要
隨著金屬加工行業(yè)的發(fā)展，市場競爭日益激烈，對加工質量和加工效率提出了越來越高的要求。深孔加工由于其特殊的加工環(huán)境，使鏜桿桿體的尺寸和形狀都要受到一定的限制，造成了鏜桿的剛度較低，特別是在鏜桿的長徑比比較大的情況下，鏜桿的剛度會更小，這將嚴重影響加工質量，甚至使加工無法正常進行。如何減小鏜削過程中的振動已成為迫待解決的問題。
要研究鏜桿的切削過程，就必須建立鏜桿系統(tǒng)的動力學方程。而用傳統(tǒng)的方法是不可能建立一個精確的動力學方程的。虛擬樣機技術的出現(xiàn)提供了一個解決問題的方法。虛擬樣機技術的核心是機械系統(tǒng)動力學、有限元理論和控制理論等建模理論及其技術的實現(xiàn)。有限元分析與機械系統(tǒng)仿真擁有相同的系統(tǒng)動力學求解基礎，它們之間結合起來，可更好地實現(xiàn)機械系統(tǒng)剛柔耦合動力仿真分析研究。利用虛擬樣機技術可實現(xiàn)機械系統(tǒng)動力學方程的自動生成并精確求解，可在研究階段預測鏜桿的動力學性能，對這些性能進行優(yōu)化，以達到提高產(chǎn)品性能、縮短開發(fā)時間、減少開發(fā)費用的目的。
本文借鑒了國外先進的鏜桿制造技術，采用內(nèi)置式動力減振的結構來增加鏜桿的動剛度，并對動力減振鏜桿進行了結構設計，建立了減振系統(tǒng)的數(shù)學模型。在運動特性分析和結構優(yōu)化中采用虛擬樣機技術，利用ANSYS軟件聯(lián)合建立了減振系統(tǒng)的多柔體動力學模型。以減小鏜削過程中刀刃的徑向跳動量為目標對動力減振鏜桿虛擬樣機進行仿真優(yōu)化分析，得出了減振系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)。

關鍵詞:減振器；鏜孔；虛擬樣機；動力學仿真；參數(shù)化分析
目錄
中文摘要...................................................................................................1
英文摘要...................................................................................................2

第一章緒論
1.1課題研究的學術背景.....................................................................4
1.2減振鏜桿的國內(nèi)外研究水平和發(fā)展趨勢.....................................5
1.3課題來源.................................................................................... ...6
1.4主要研究內(nèi)容、設計方法........................................................ ...7
1.4.1主要研究內(nèi)容..............................................................................7
1.4.2建立減振系統(tǒng)的數(shù)學模型..........................................................7

第二章有限元分析軟件ANSYS.
2.1有限元分析軟件ANSYS簡介......................................................8
2.2 ANSYS軟件的組成......................................................................8
2.3ANSYS軟件主要特點....................................................................9

第三章減振系統(tǒng)結構設計與數(shù)學模型的建立
3.1鏜桿桿體材料的選擇................................ ...................................9
3.2鏜桿的結構設計.............................................................................10
3.3阻尼器的設計........................................................................ .......10
3.3.1幾種可選材料 ............................................................................10
3.4 阻尼液的選取 ............................................................................. 10
3.5彈簧的選擇............................................................................... ....11
3.6可選材料的特性.............................................................................11
3.7彈簧材料的選取.............................................................................12
3.8減振塊的設計........................................................................ .......13
3.9刀頭的選擇.............................................................................. .....13
3.9.1減振系統(tǒng)數(shù)學模型的建立 ........................................................13
3.9.2對切削力的分析 ........................................................................14
3.9.3系統(tǒng)運動方程的建立與求解 ....................................................14

第四章模型建立
4.1多剛體動力學模型的建立.................................................. .........15
4.1.1模型的坐標系統(tǒng)........................................................................16
4.1.2模型的建立..............................................................................16
4.2多柔體動力學模型的建立...........................................................16
4.2.1模態(tài)中性文件的建立.......................................................... 16
4.2.2單元類型和材料參數(shù)............................................................17
4.2.3定義單元實常數(shù)....................................................................18
4.2.4有限元模型的建立................................................................19
4.2.5模態(tài)中性文件(mnf)的輸出...................................................20
4.3 ADAMS與ANSYS的接口........................................................21

第五章樣機的仿真與參數(shù)化分析
5.1減振系統(tǒng)固有頻率的求取.................................................. .......22
5.2減振系統(tǒng)當量質量的確定 ..........................................................23
5.3系統(tǒng)參數(shù)的確定 ................................................................... .....23
5.4模型在頻域內(nèi)的仿真結果...........................................................27
5.5結論.................................................................. ................... ......27
5.6參數(shù)分析................................................................. ....................32
5.7設計參數(shù)變量化.................................................................. .......32
5.8定義目標函數(shù)................................................................... ....... .32
5.9分析彈簧剛度系數(shù)對刀刃跳動量的影響...................................33
5.9.1分析阻尼系數(shù)對刀刃跳動量的影響......................................33

結論.............................................................................. ....................34

參考文獻.............................................................................. ............34

附件、外文資料..............................................................................37 ...

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