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proe的机床拖板有限元模态分析

作者:admin 来源: 日期:2016-1-21 17:51:57 人气: 标签:proe 机床 拖板 有限元 模态 分析
  1.建立几何模型   这里分析的是一台数控高速铣齿机床的X方向的拖板。该机床用于对大模数、大直径齿轮的粗加工。由于该拖板结构较为复杂,所以选用Pro/ENGINEER软件进行三维实体建模。   利用Pro/ENGINEER软件建立的机床拖板几何模型。   2.定义材料属性   机床拖板是机床支承件中的重要部件,其在工作时承受工作台和工件的巨大压力,必须具有较高的强度,所以材料选为灰铸铁HT250。根据相关资料,HT250的质量密度为7340;弹性模量为1.55e11;泊松比为0.27。   在菜单管理器【零件】中依次单击【设置】→【材料】命令选项,并在其中定义上述材料属性。   3.定义约束   拖板在导轨上滑动,导轨约束了拖板Z方向的移动和绕X、Y轴的转动。丝杠座约束了拖板Y方向的平移,拖板和导轨之间的压板限制了拖板X方向的平动和绕Z方向的转动。   在MEC STRUCT菜单中选择Constraints→New→Surface,在系统弹出的定义对话框中定义以上的各个约束。   4.划分网格   在MEC SRTUCT菜单中选择MESH菜单选项进行网格的定义和划分,并对划分网格的质量进行检查,不符要求的网格将在有限元网格模型中以红色显示出来。拖板的有限元网格模型。   5.建立分析任务,进行有限元计算   在MEC STRUCT菜单中选择Analyses/Studies,在系统弹出的Analyses and Design Studies对话框中选择File→New Modal...,弹出模态分析任务定义对话框,在此对话框中设定分析任务后进行分析计算。   对机床拖板有限元模型的求解,一般不需要求出振动系统的全部固有频率和振型,由于低阶模态对振动系统的影响较大,因此本文仅计算了前三阶模态。同时,为了验证有限元软件Pro/MECHANICA用于机床零件模态计算的的正确性,本文另外采用了当前流行的通用有限元分析软件ANSYS对机床拖板进行有限元模态计算,计算出前三阶固有频率和振型,并与Pro/MECHANICA的计算结果进行了比较。固有频率的对比,前三阶振型图对比。   根据计算结果,该拖板在1200Hz以内共有三阶模态。第一阶模态的振型为拖板两侧围绕Y轴摆振,第二阶模态的振型为拖板绕Z轴的不规则扭振,第三阶模态的振型为拖板绕Y轴波浪形摆动和拖板边角的部分扭振。通过有限元模态计算得出机床拖板的危险工作频率在500~600Hz。   从计算结果可以看出,固有频率都在500Hz以上,该机床拖板整体固有频率较高,远离正常工作频率,可知拖板的刚性比较好。拖板的丝杠座作为机床传动系统装置丝杠的支承,必须具有较高的结构刚度。通过上面的计算结果可以发现,丝杠座振动的相对位移量较小,振动很小,具有较高的局部刚度,从而增强了数控机床整个进给系统的传动刚度,保证了传动系统的精度。另外,由振型图可看出,虽然拖板两侧的振动量最大,但由于其振动是沿Y轴的对称振动,这样可以保证拖板上的工作台只有微小垂向位移而不会左右摆动。该铣齿机床用于加工直齿轮,加工过程中拖板振动引起工作台的微小垂向不会影响齿轮的加工精度,满足了机床拖板的设计要求。   通过比较发现,两种有限元软件计算出的第三阶固有频率值相差最大,但是两个频率值只相差1.78%,计算结果非常接近。当前ANSYS软件普遍用于各种结构的模态计算,其计算结果具有较强的可信度,因此,Pro/MECHANICA软件计算出的结果也具有较高的精度。

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