基于有限元对机床动态特性优化的研究

以上海理工大学自主设计的机床移动部件实验平台为对象,以有限元模态分析数据为基础对整机的动态特性进行优化。对机床移动部件实验平台进行三维建模,进行有限元建模,在此基础上进行整机的有限元模态分析。得到机床移动部件实验平台的动态特性参数。结合有限元模态和实验模态的结果,分析实验平台的薄弱环节和设计的不足之处。以机床移动部件实验平台的第1阶固有频率为优化目标,对关键部件立柱进行筋板布局方式和筋板厚度尺寸进行了优化。     

发动机后油封孔热变形机理分析

【目的】为了满足发动机加工和装配工艺要求,减小发动机清洗过程热变形对后油封孔加工装配精度的影响。【方法】利用商用数值分析软件进行有限元计算和对比计算,分析热变形量与热载荷的关系;使用三坐标测量仪对组件在不同螺栓拧紧状态下的半径进行测量,监测并分析热变形恢复释放受螺栓拧紧力矩影响的规律。【结果】通过有限元分析结果可知,热变形最大值出现在孔的90°和270°方向、热变形最小值出现在0°和180°方向,位于下侧的曲轴箱在50℃时热变形量远大于20℃时曲轴箱热变形量,且其在90°方向变化量表现更为明显;在不同温度载荷条件下,曲轴后油封孔会因为变形量不同,发生明显失圆现象。【结论】加工过程热载荷会造成曲轴箱后油封孔的明显变形,同时加工后螺栓拧紧力矩的释放会加速变形量的释放。气缸体组件加工受热变形规律,可作为工艺流程布置时的参考,达到合箱安装后圆度最佳。     

连杆转向系统数字化设计技术研究

【目的】实现多轴线连杆转向机构的快速研发设计,降低设计成本,提高设计质量与效率。【方法】针对模块化轴线运输车的连杆转向系统设计繁杂等问题,以参数化设计以及自动化装配技术为理论支撑,分析多轴线运输车连杆转向系统传统设计流程;针对数字化设计主体功能,利用Python汇编语言编写平台整体框架,利用win32com第三方com接口模块库,与SolidWorks的API接口联通,实现利用主体程序对SolidWorks各部分函数功能进行调用。以设计的良好图形用户界面为交互接口,与SolidWorks接口程序合并搭建了一个连杆转向系统的数字化设计平台。【结果】实际应用后发现,通过这个数字化设计平台,可获取用户所需尺寸参数,还可以快速完成多轴线运输车连杆转向系统的参数化设计以及各连接板孔位的自动化装配。【结论】这种方法不仅可以避免人工设计上的疏漏,保证设计的准确性和稳定性,还可有效缩短设计周期,减少重复机械性的设计操作,大幅提高设计效率,增强国家大型高精尖设备的运输实力。     

一种电机轴螺杆加工专用的数控铣床机械结构系统优化设计

【目的】针对螺杆加工专用铣床存在自动化程度低、功能集成度不高、生产工艺周期长、机床结构形式陈旧、机械结构稳定性差等不足。【方法】课题组以数控铣床系统结构稳定性设计的研究为出发点,根据机床设计目标和各项性能指标要求,研究与加工工艺相适应的功能机构布局,设计机床总体结构方案,重点研究上下料机构、旋铣系统、传动系统、床身的设计。【结果】设计出具有性能优良、功能完备的高端电机轴螺杆旋铣设备,实现电机轴螺杆的自动加工,降低企业劳动生产成本,提高生产效率,增加企业经济效益。【结论】该数控铣床整机结构设计稳定紧凑,占地面积小,集成度高。     

一种健身式路面除冰雪机械装置设计

【目的】人力清理路面冰雪费时费力,而经常喷洒除雪剂则会对周围环境产生不利影响,大型除雪机械设备也不适用于校园、居民小区等区域道路环境。【方法】基于功能组合创新的原理,研究小组设计了一种适于小区道路环境的健身式路面除冰雪机械装置,该机械装置通过对路面冰雪进行加热预处理、镇压预破碎、凿削和收集4种工艺实现对路面冰雪的清理作业,该装置的总体设计包括热鼓风机和电瓶的选配、振动碾压辊机构设计、凿冰轮设计、机架与前叉设计、车轮设计以及整机装配设计等,并应用SolidWorks Simulation软件对机架和前叉进行了静力学有限元分析。【结果】在静载下,机架的最大弯曲应力为3.35 MPa,前叉部件最大弯曲应力为115 MPa,整机结构设计以及机架等零部件满足强度要求。【结论】该装置适用于学校校园、居民小区等场所的内部道路除雪,噪声小,无废气排放,环保性能良好,且增强了除冰雪工作的娱乐性和公益性,后续仍可进行该机械装置的轻量化和骑行舒适性等方面的优化设计。     

实心与空心高速滚珠丝杠的热态仿真分析

本文针对高速机床滚珠丝杠的摩擦发热导致丝杠产生热变形误差的问题,采用丝杠和螺母中空冷却的方法抑制温升,提高滚珠丝杠的传动精度。在不同的转速和冷却流量条件下,通过对实心滚珠丝杠与空心滚珠丝杠的对比仿真,为高速空心滚珠丝杠的设计和热变形误差补偿提供参考。     

快速装夹机构提高机用虎钳效率

机用虎钳的用途非常广泛，常见于机床上加工各种零件时的夹紧。如铣床、饱床、钻床上加工零件时就常用机用虎钳来夹固被加工零件。机用虎钳具有结构简单、装夹可靠等优点。但钳口大小的调整是通过丝杠转动完成的。尤其是钳口距离由最大变为最小时，装夹速度慢，劳动强度也很大。为提高装夹速度，减轻劳动强度，利用开合螺母原理，对机用虎钳进行改进。当两半螺母分开时，丝杠不受螺母限制，可以快速手推活动钳体。合上螺母后，又恢复了正常的丝杠传动。为使虎钳的结构不受破坏，只在原虎钳上增加半只螺母即可（如图）。     

搬运机械臂液压系统计算和元件选型研究

【目的】液压传动技术具有易于控制、使用方便、系统设计优化、配置参数高、工作效能高等优势,对搬运机械臂液压系统进行计算和元件优化选型研究具有重要的现实意义。【方法】课题组采用模块化设计理念,在相关最优参数的控制指标下完成了一种搬运机械臂液压系统的计算和元件选型设计。在以往传统液压传动装置的基础上,利用液压传动的理论及实践成果,综合考虑负载机械臂的热处理特性,确定了搬运机械臂液压缸的主要参数、液压泵的规格和电机的驱动功率等,最后对机械臂液压系统进行了压力损失和温升的验算。【结果】搬运机械臂液压系统的总压力损失符合系统的假定设定,元件选型在安全许可范围内,规格符合设计要求。【结论】通过液压系统的计算和元件选型,可以很好地满足工业实体化设计中轻便、移动灵活、结构简便等要求,减轻重体力作业人员的劳动强度,实现自动化电气控制,机、电、液一体化生产。     

磁力泵磁力驱动系统仿真

在研究圆筒式径向磁力驱动器结构特点、设计流程、设计方法的基础上,以SolidWorks为软件支撑平台,利用Visual Basic语言对SolidWorks提供的API函数进行二次开发,所形成的仿真系统包括3部分,分别为参数化设计、参数化建模和参数化有限元分析,可以快速地实现磁力驱动器各部分零件的自动建模和装配.同时,基于ANSYS有限元软件,对圆筒式径向磁力驱动器的磁场建立二维模型,对其磁场进行数值求解计算,分析磁力线分布,磁感应强度分布和磁力矩大小.最后,针对有限元软件在磁力驱动器设计中的应用要求,基于ANSYS平台开发了参数化的磁力驱动器有限元分析系统,该系统方便了磁力驱动器在一定结构不同参数下快速更新模型和进行有限元仿真分析,为磁力驱动器的研究提供了高质量低成本的设计分析方法.     

汽车支撑内丝杠丝母的接触有限元分析

通过有限元建模,对汽车支撑套筒内丝杠丝母进行接触有限元分析,得出丝杠丝母接触区域各齿的应力、应变等响应情况,为进行丝杠丝母的精确设计提供参考。     

一体化数控机床结构设计及研发模式研究

课题组以铣钻攻一体化机床为分析对象,介绍其结构组成,重点阐述滚珠丝杠、主轴、电动机、夹具等关键组件的设计要点,归纳部分性能参数的数学计算方法。在结构设计的基础上,进一步论述了此类机床的研发模式,着重探讨利用ANSYS软件实施建模、应力分析以及动静态特性仿真分析的方法。通过软件仿真,定位初期设计方案的缺陷,并提出结构优化的方法。     

农机CAE服务平台研究——基于云计算和快速设计技术

针对现代化农业对配套农机的迫切需求,考虑农机市场需求的多样性和个性化,为了缩短设计周期,提高现代化农机的设计效率,结合现代资源分布式管理技术,提出了一种融合云计算和参数化、模块化快速设计的农机CAE服务平台,并对其关键技术、设计理念和实现过程进行了深入的研究。在SaaS服务模式下,基于农机部件的模块化和参数化设计理念,构建了农机部件的CAE参数化建模和有限元分析云服务平台,并以有限元协同仿真计算为研究对象,验证了农机设计制造云服务平台的可行性。由典型农机收割机部件的建模和有限元分析发现:云设计制作服务平台可以快速地通过输入参数方法得到收割机支持件,并实现高速的有限元分析,在现代化农机设计中具有可行性。     

基于初参数法的丝杠轴向支撑刚度辨识方法

针对丝杠轴向支撑刚度辨识问题,基于初参数解析方法建立丝杠的初参数矩阵方程,使用边界条件和内力平衡条件,求出矩阵方程中的初参数值.利用初参数值,建立丝杠两端支撑处和螺母处的轴向刚度辨识模型.测量丝杠振幅、简谐力幅值与频率、左轴承组右端面与螺母中间位置点的间距以及螺母中间位置点与右轴承组左端面的间距等参数,识别丝杠支撑点轴向刚度.实验研究表明:基于初参数解析方法建立的丝杠支撑点轴向刚度辨识模型简单,具有可行性.     

滚珠丝杠进给系统动态特性集中质量建模与仿真

为了研究高速滚珠丝杠进给系统的动态特性,提出一种改进的集中质量建模方法,该方法考虑了滚珠丝杠进给系统基座的质量、柔性及进给系统部件间反向间隙对系统动态特性的影响,并完善了滚珠丝杠进给系统集中质量模型等效参数的计算方法。以MAG某加工中心X轴滚珠丝杠进给系统为实验对象,对该集中质量模型建模方法进行实验验证,仿真结果与实测结果具有相同数量的特征频率,且特征频率的误差在5%以内。滚珠丝杠进给系统的仿真分析表明,螺母位置改变引起的进给系统固有频率变化将影响伺服系统的稳定性,滚珠丝杠进给系统中的反向间隙会激励部件产生高频振动,给进给系统带来不利影响。     

基于Pro/E的油茶果采摘机设计

根据油茶果采摘工作环境和特性要求,设计了一个有效的油茶果采摘机,并对其主要部件进行了详细设计;利用Pro/E软件对各零部件进行了三维实体建模和整机虚拟装配,并对机构进行了静态和动态干涉检查。检查结果表明:机构运动和整机装配没有发生干涉现象,机构运动和参数选择达到设计要求。     

基于初参数法的丝杠径向支撑刚度辨识方法

针对丝杠径向支撑刚度辨识问题,基于初参数解析方法建立丝杠的初参数矩阵方程,使用边界条件和内力平衡条件,求出矩阵方程中的初参数值。利用初参数值,建立丝杠两端支撑处、螺母处和导轨滑块处的刚度辨识模型。测量丝杠振幅、简谐力幅值和频率、左轴承组中间位置点与螺母中间位置点的间距、螺母中间位置点与简谐力作用点的间距、简谐力作用点与右轴承组中间位置点的间距等参数,识别丝杠支撑点径向刚度。实验研究表明:基于初参数解析方法建立的丝杠支撑点径向刚度辨识模型简单,具有可行性。     

VR技术在拖拉机零配件设计中的应用

为进一步提升拖拉机零配件的设计与改进效率,将VR技术应用于设计。在虚拟现实核心理念的基础上,选取通用拖拉机关键零配件进行参数设计,将数学模型与物理模型相结合,对整机的传动系统、执行部件进行建模,并通过VR装配调控技术,形成路径规划与装配流程搭建仿真试验平台。试验表明:在VR场景设置下的拖拉机零配件机械设计与装配整体效果良好,设计可视度较实体建模与装配改善效果可提升9. 1%,零配件位姿调控时间提升至0. 52s,调控精准,且大幅度节省设计与装配时间;同时,零件的装配约束度可达到93. 7%,满足设计要求,装配精度可达90%以上。此设计应用可为其他机具改进优化提供理论支撑,具有较强的应用价值。     

数控机床整机振动测试方法研究

【目的】随着我国工业化进程的不断加快,数控机床在工业生产中的应用日益广泛,由于数控机床零件较多、操作频繁,很容易引发数控机床整机振动问题,影响到数控机床的工作性能,因此,采取有效措施抑制数控机床整机振动十分重要。【方法】笔者通过理论分析法和案例分析法,阐述了数控机床整机振动测试状况,找到了产生整机振动的原因,从确定实验仪器设备与实验内容、搭建实验系统、振动测试以及测试数据分析等方面探究数控机床整机振动测试过程。【结果】笔者发现在一阶次模态下,立柱上所产生的振动比较强烈;在二阶次模态下,工作台和主轴箱靠近电机的一侧所产生的振动比较强烈;在三阶次模态下,工作台、立柱和主轴箱上部所产生的振动比较强烈;在四阶次模态下,机床身下部位、立柱和主轴箱上所产生的振动比较强烈。【结论】确定了数控机床整机振动测试方法有效,能够适用数控机床整机振动测试。     

一种树干涂白机的结构及控制系统设计

【目的】目前设计的树干涂白机整机尺寸大、成本高、适应性差,因此十分有必要设计一种智能化、全自动的树干涂白机。【方法】课题组设计了一种包括传动系统、夹紧机构、喷涂机构和电路控制系统等结构的新型树干涂白装置,分析了该装置的结构设计及相关程序机理,并进行了主运动机构的力学特性分析。【结果】1）该装置可以对树木进行径向扫描得到其胸径并匹配最佳涂白模式,保证树木喷涂范围完整,均匀涂白且涂白剂消耗量小。2）机构尺寸优化后,各个杆件在摇杆摆角范围为15°～60°工况中所受到的运动副反力（50 N以下）和驱动力矩（5.8 N·m～9.6 N·m）较小,采用强度适中、质量较轻的材料充当杆件材料即可满足杆件的强度要求。【结论】此设计不仅可以大大提升工作效率、节省人力,且结构简单、自动化程度高、清洁环保,具有一定的推广价值。     

垄向区田筑垱机的数字化设计

利用UG软件对垄向区田筑垱机进行数字化设计,完成垄向区田筑垱机零件的三维实体建模和整机的虚拟装配设计。对整机的装配及拆卸进行可视化研究,生成avi格式的垄向区田筑垱机装配过程动画。通过设计对二维图纸进行干涉分析和零件优化设计,以减少样机生产、测试等环节,降低设计成本,提高设计效率。