數(shù)控磨齒機回轉(zhuǎn)工作臺的性能分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u32310數(shù)控磨齒機回轉(zhuǎn)工作臺的性能分析案例 1208961.1靜力學(xué)分析基本理論 1250851.2定義材料 222471.3網(wǎng)格劃分 2260371.4施加載荷與約束 441531.5求解計算 6在YK73125回轉(zhuǎn)工作臺部裝中，工作臺正常工作時所受到的是豎直方向上的負(fù)載以及工作臺在轉(zhuǎn)動時所受到的扭矩對工作臺的形變以及工作性能具有很大的影響。這就直接影響到了工作臺在工作時的水平直線度、平行度或垂直度等精度要求。除此之外，還會影響到機床被加工零件的加工精度和加工零件時工作臺的穩(wěn)定性。因此通過對YK73125回轉(zhuǎn)工作臺部裝中的工作臺整體結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)力變形分析以及模態(tài)分析，計算不同階下的工作臺的頻率和振型，能夠有效地反映出外部附加的約束條件對工作臺精度的影響。為了能夠展現(xiàn)出工作臺整體在收到外部約束條件下的總體形變量以及不同階下的頻率和振型，利用之前在SOLIDWORKS上建立好的三維模型導(dǎo)入到ANSYSWorkbench2020R2中進行靜應(yīng)力變形分析和模態(tài)分析。靜力學(xué)分析基本理論回轉(zhuǎn)工作臺的形變分析是基于工作臺在收到是指方向上的施加的靜載荷和收到工作臺本身轉(zhuǎn)速的影響作用下的靜力學(xué)分析，其分析內(nèi)容主要包括對床身結(jié)構(gòu)的形變、應(yīng)力以及疲勞壽命等。靜力學(xué)分析的結(jié)果主要體現(xiàn)出工作臺在承受外部負(fù)載是抵抗變形和保持原本結(jié)構(gòu)精度的能力。由經(jīng)典理論力學(xué)可知物體的動力學(xué)通用方程為：MM在式中表示質(zhì)量矩陣，C表示阻尼矩陣，K表示剛度系數(shù)矩陣，x表示位移矢量，F(xiàn)表示力矢量。對于本設(shè)計而言，工作臺整體結(jié)構(gòu)收到靜態(tài)載荷的作用，載荷大小不隨時間的變化而變化，不考慮慣性（如質(zhì)量等）的影響，工作臺整體結(jié)構(gòu)處于靜力平衡的狀態(tài)。因此可以得出靜力分析方程（可忽略隨時間變化的載荷、慣性力和阻尼）其表達(dá)式如下：C式中，K表示剛度系數(shù)矩陣，x表示位移矢量，F(xiàn)表示靜力載荷。其中當(dāng)剛度矩陣K為常數(shù)時，計算結(jié)果代表線性結(jié)構(gòu)的靜力分析；剛度矩陣K為變量時。計算結(jié)果代表非線性結(jié)構(gòu)靜力分析。對于本設(shè)計而言，對工作臺整體結(jié)構(gòu)的形變分析屬于線性結(jié)構(gòu)的靜力分析。對于線性結(jié)構(gòu)的靜力分析而言，其主要目的是求解出結(jié)構(gòu)在靜態(tài)載荷作用下的形變量、應(yīng)力分布以及應(yīng)變等數(shù)據(jù)。通過求解的結(jié)果，可以驗證所設(shè)計的結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計精度要求，分析出整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，針對這些問題工作臺整體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，從而進一步提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。定義材料在進行有限元分析之前，首先要對工作臺整體結(jié)構(gòu)定義材料的屬性。先打開ANSYSWorkbench2020R2進入工作界面，再選擇StaticStructural模塊。此類模塊主要用于分析零部件在靜6載荷作用下抵抗彈性變形的能力，因此能夠直觀的展現(xiàn)出工作臺整體結(jié)構(gòu)在收到豎直方向上負(fù)載作用下的型變量。之后再點擊EngineeringData>EngineeringDataSources>GeneralMaterials,找到并點擊選擇建立新的材料屬性GrayCastIron（灰鑄鐵HT150），材料屬性如下表4-1所示表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s11灰鑄鐵HT150材料屬性屬性數(shù)值單位密度7000kg/彈性模量2×Pa泊松比0.32—抗拉極限強度1.5×Pa網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分作為求解前的重要一步，其劃分的質(zhì)量將直接影響到計算結(jié)果的精度。故要通過對網(wǎng)格進行有效的控制，提高網(wǎng)格的疏密程度，將大幅增加計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。但是隨著網(wǎng)格加密的同時也會帶來計算時間和存儲空間的負(fù)擔(dān)增加，因此再劃分網(wǎng)格的同時也需要考慮到計算時間和電腦運算能力等因素的影響，進而要選取合適的網(wǎng)格劃分。點擊Mesh進入到網(wǎng)格劃分界面，下面有許多網(wǎng)格劃分的細(xì)化控制選項，根據(jù)工作臺整體結(jié)構(gòu)的屬性對其進行網(wǎng)格劃分設(shè)置。由于在工作臺整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，工作臺整體結(jié)構(gòu)的表面上有許多細(xì)小的螺紋孔、沉孔、倒/圓角等特征。為了縮減網(wǎng)格劃分的時間，提高求解工作的效率，將網(wǎng)格劃分的最小單元尺寸設(shè)置為20mm，在去除掉這些對于工作臺整體結(jié)構(gòu)剛度影響較小的結(jié)構(gòu)。通過設(shè)置網(wǎng)格單元尺寸等參數(shù)對網(wǎng)格進行劃分，劃分結(jié)果為925389個節(jié)點，618513個單元，工作臺網(wǎng)格劃分如下圖4-1所示。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s11工作臺網(wǎng)格劃分經(jīng)過一系列的對比比較，當(dāng)按照最小單元尺寸為20mm時，網(wǎng)格劃分的質(zhì)量最好，得到的計算結(jié)果也更為準(zhǔn)確，因此，選擇以20mm作為網(wǎng)格劃分的最小單元。施加載荷與約束在對工作臺的整體結(jié)構(gòu)進行形變分析之前，需要對工作臺整體施加一定的約束。由于本設(shè)計的工作臺是做旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)動副零件，因此需要對工作臺整體施加一個逆時針方向上的轉(zhuǎn)速，其大小為5/min。其次，工作臺需要承受豎直方向上一定大小的載荷，其大小為12000N。除此之外，工作臺還需要設(shè)置一個以地面為支撐的固定約束。工作臺上所施加的約束如下圖所示圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s12工作臺所受到的轉(zhuǎn)速約束圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s13工作臺所受到豎直方向的載荷圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s14工作臺受到的底面支撐約束求解計算對工作臺整體施加完載荷與約束之后，點擊Solution，選擇Totaldeformation，對工作臺整體結(jié)構(gòu)進行靜應(yīng)力和前六階模態(tài)的分析，得到在所施加約束下工作臺整體結(jié)構(gòu)的總形變云圖與前六階模態(tài)的振型和頻率云圖如下圖所示。其求解結(jié)果如下表所示。表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s12前六階模態(tài)的頻率（HZ）階數(shù)1階2階3階4階5階6階頻率228.94228.99235.21563.93564.2602.05工作臺整體結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析的結(jié)果是：工作臺整體結(jié)構(gòu)再外加約束的條件下，整體所受到的最大形變量為0.0041991mm,遠(yuǎn)小于所要求的0.02mm的要求量，因此，YK73125回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計滿足要求。工作臺整體結(jié)構(gòu)的總形變云圖與前六階模態(tài)的振型和頻率云圖如下圖所示。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s15工作臺整體結(jié)構(gòu)的總形變云圖圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s16工作臺整體結(jié)構(gòu)的一階模態(tài)的振型和頻率云圖圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s17工作臺整體結(jié)構(gòu)的二階模態(tài)的振型和頻率云圖圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s18工作臺整體結(jié)構(gòu)的三階模態(tài)的振型和頻率云圖圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s