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深孔加工動(dòng)力減振鏜桿的有限元分析

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更新時(shí)間：2014-06-29
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摘要
隨著金屬加工行業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，對(duì)加工質(zhì)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(zhǎng)徑比比較大的情況下，鏜桿的剛度會(huì)更小，這將嚴(yán)重影響加工質(zhì)量，甚至使加工無法正常進(jìn)行。如何減小鏜削過程中的振動(dòng)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(dòng)力學(xué)方程。而用傳統(tǒng)的方法是不可能建立一個(gè)精確的動(dòng)力學(xué)方程的。虛擬樣機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)提供了一個(gè)解決問題的方法。虛擬樣機(jī)技術(shù)的核心是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、有限元理論和控制理論等建模理論及其技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。有限元分析與機(jī)械系統(tǒng)仿真擁有相同的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)求解基礎(chǔ)，它們之間結(jié)合起來，可更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)剛?cè)狁詈蟿?dòng)力仿真分析研究。利用虛擬樣機(jī)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的自動(dòng)生成并精確求解，可在研究階段預(yù)測(cè)鏜桿的動(dòng)力學(xué)性能，對(duì)這些性能進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到提高產(chǎn)品性能、縮短開發(fā)時(shí)間、減少開發(fā)費(fèi)用的目的。
本文借鑒了國(guó)外先進(jìn)的鏜桿制造技術(shù)，采用內(nèi)置式動(dòng)力減振的結(jié)構(gòu)來增加鏜桿的動(dòng)剛度，并對(duì)動(dòng)力減振鏜桿進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立了減振系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在運(yùn)動(dòng)特性分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化中采用虛擬樣機(jī)技術(shù)，利用ANSYS軟件聯(lián)合建立了減振系統(tǒng)的多柔體動(dòng)力學(xué)模型。以減小鏜削過程中刀刃的徑向跳動(dòng)量為目標(biāo)對(duì)動(dòng)力減振鏜桿虛擬樣機(jī)進(jìn)行仿真優(yōu)化分析，得出了減振系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)。

關(guān)鍵詞:減振器；鏜孔；虛擬樣機(jī)；動(dòng)力學(xué)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(xué)術(shù)背景.....................................................................4
1.2減振鏜桿的國(guó)內(nèi)外研究水平和發(fā)展趨勢(shì).....................................5
1.3課題來源.................................................................................... ...6
1.4主要研究?jī)?nèi)容、設(shè)計(jì)方法........................................................ ...7
1.4.1主要研究?jī)?nèi)容..............................................................................7
1.4.2建立減振系統(tǒng)的數(shù)學(xué)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(jiǎn)介......................................................8
2.2 ANSYS軟件的組成......................................................................8
2.3ANSYS軟件主要特點(diǎn)....................................................................9

第三章減振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與數(shù)學(xué)模型的建立
3.1鏜桿桿體材料的選擇................................ ...................................9
3.2鏜桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).............................................................................10
3.3阻尼器的設(shè)計(jì)........................................................................ .......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(shè)計(jì)........................................................................ .......13
3.9刀頭的選擇.............................................................................. .....13
3.9.1減振系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立 ........................................................13
3.9.2對(duì)切削力的分析 ........................................................................14
3.9.3系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程的建立與求解 ....................................................14

第四章模型建立
4.1多剛體動(dòng)力學(xué)模型的建立.................................................. .........15
4.1.1模型的坐標(biāo)系統(tǒng)........................................................................16
4.1.2模型的建立..............................................................................16
4.2多柔體動(dòng)力學(xué)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(shí)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(jī)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(dāng)量質(zhì)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(jié)果...........................................................27
5.5結(jié)論.................................................................. ................... ......27
5.6參數(shù)分析................................................................. ....................32
5.7設(shè)計(jì)參數(shù)變量化.................................................................. .......32
5.8定義目標(biāo)函數(shù)................................................................... ....... .32
5.9分析彈簧剛度系數(shù)對(duì)刀刃跳動(dòng)量的影響...................................33
5.9.1分析阻尼系數(shù)對(duì)刀刃跳動(dòng)量的影響......................................33

結(jié)論.............................................................................. ....................34

參考文獻(xiàn).............................................................................. ............34

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

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