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学兔兔
基于ANSYS的二并联数控螺旋面钻尖刃磨机床的模态分析
口 田东升 口 邹 平 口 刘永贤 口 蔡光启
东北大学机械工程与自动化学院 沈阳 110004
摘 要:利用三维建模软件Pm/E进行二并联机床实体建模及装配,然后无缝导入ANSYS软件中。并对二并联机床
进行模态分析。通过对整个系统的固有频率和振型的分析,找出二并联的各个轴承关节和动力传动链为系统的薄弱环节,
进而通过增强这些薄弱的环节来提高二并联机床整体的动态性能。
关键词:并联机床 数控螺旋面钻头尖磨机床有限元 ANSYS 模态分析
中图分类号:TG580.1 I 文献标识码:A 文章编号:i000—4998(2008)12—0027—03
并联运动机床即虚拟轴机床被认为是2O世纪最具 构固有频率降低 ,振动形态复杂化 。系统的动力传动
有革命性的机床设计的突破。并联机床在理论上具有 机构与部件的支承和连接部件包括很多结合部。其中
结构简单、刚度大、高速性能好、定位精度高等优点。并 传动机构中的齿轮副啮合刚度、驱动丝杠系统刚度、支
联运动机床除了具有良好的可靠性、一定的工作空间 承部件的轴承刚度都是相连接的部件的边界条件,所
外,其整体结构还必须有很好的动态性能,这将直接影 以对整个系统的动态特性有很大影响。
响并联机床的工作效率、稳定性和可靠性…。 I)直齿轮轮齿啮合综合刚度的计算 :单对轮齿啮
利用 ANSYS有限元软件和振动理论,研究了二并 合综合弹性变形是指一对轮齿在啮合过程中弹性变形
联机床整机的模态参数,包括固有频率和相应的振型, 总和 。参与啮合的各对轮齿的综合效应主要与单个
进而为二并联机床的结构优化提供理论基础。 齿的弹性变形、单对轮齿的综合弹性变形与齿轮的重
合度有关。利用有限元分析,我们可以得到轮齿啮合综
1 系统有限元模型的建立
合刚度的范围在15~20 GPa[ 。理论计算可以根据材
1.1 二并联机床三维实体模型的建立 料力学知识计算(悬臂梁和扭转及接触刚度)。
二并联数控螺旋面钻尖刃磨机床作为新型并联机 2)滚动轴承的刚度计算 :轴承的刚度不是常数,而
床,采用滚珠丝杠驱动 T型滑动拖板和滑块的往复运 是它所受载荷的函数。对于单个圆柱滚子轴承刚度简
动,实现二并联杆的运动空间。-V作台利用滚珠丝杠可 化计算公式H】:
进行升降,通过调整驱动砂轮电机座工作的转动角度 k =0.052 5 X 10‘ ’ Zo·’Lo COS ’ (1)
可实现刃磨角度变化。由于砂轮刃磨的方向和并联杆 式中:k 为轴承刚度; 为径向负载;z滚动体数目;三
的刚度有关,所以砂轮旋转的方向和并联杆刚度最大 为轴承内滚动体的有效接触长度; 为轴承的接触角。
的方向是一致的,这样可提高加工精度。 高刚度的轴承常选用小直径长滚子的轴承,然而
图1是用三维软件 Pro/E建立后元缝导入到 AN— 轴承在被装配后的刚度一般是由试验测得的,它与未
SYS软件后的实体模型,表示了该二并联机床的外 装配的单个轴承的刚度数据有些不同。根据试验可以
型。利用 ANSYS软件进行分析时,必须采用适当的简 测到轴承被装配后的刚度。选择一个典型的尺寸为孔
化和等效原则把二并联机床简化为可分析的模型。 径60 mm,外径95/100 rflm特轻系列轻载过盈配合的
I.2 传动部件和
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