機(jī)床商務(wù)網(wǎng)技術(shù)文章
新型龍門砂帶修磨機(jī)關(guān)鍵零件的優(yōu)化分析
閱讀：101 發(fā)布時間：2020-8-11０ 引 言
某 新 型 龍 門 重 型 修 磨 機(jī) 主 要 由 床 身、工 作 臺、支 撐臂、主 軸 傳 動 系 統(tǒng)、擺 動 系 統(tǒng)、砂 帶、頂升連接件等零部件 組 成，主軸傳動系統(tǒng)是該龍門重型修磨機(jī)的重要組成 部 分。機(jī) 床 工 作 時，砂帶對擺動套筒有張力作用，而擺 動 套 筒 與 頂 升 連 接 件 相 連，因此頂升連接件不僅要承 受 整 個 擺 動 系 統(tǒng) 的 重 力，還要承受砂帶帶來的張力。因此該頂升連接件的振動不僅會影響頂升系統(tǒng)的工作狀 態(tài) 與 壽 命，同時也會對擺動軸系統(tǒng)的工作狀態(tài)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響砂帶與主動軸的工作狀態(tài)與壽命。無論 是 從 降 低 噪 聲 方 面，還是從機(jī)器運(yùn)行可靠性及抗沖擊 的 方 面，都對頂升連接件的動態(tài)性能提出更為嚴(yán)格的 要 求。因 此，對龍門重型砂帶修磨機(jī)的頂升連接件進(jìn) 行 有 限 元 分 析，找出該零件的不合理部分，對 于 提 升龍 門 重 型 磨 削 機(jī) 床 的 工 作 性 能 有 著 重 大 意 義。動 態(tài) 特性分析即模態(tài)分析是計算結(jié)構(gòu)振動特性的數(shù)值技術(shù)，可以幫助設(shè)計人員確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，從 而使 結(jié) 構(gòu) 避 免 共 振，并指導(dǎo)工程師預(yù)測在不同載荷作用下 結(jié) 構(gòu) 的 振 動 形 式［１］。本文 采 用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ１５．０對該 頂 升 連 接 件 進(jìn) 行 模 態(tài) 分 析。
１ 頂 升 連 接 件 的 三 維 建 模 及 網(wǎng) 格 劃 分
１．１頂升 連 接 件 的 三 維 建 模
本文采用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ三維 繪 圖 軟 件 對 頂 升 連 接 件進(jìn)行三維建模，該零件高度為７７８ｍｍ，長度為４２０ｍｍ，寬度為１３０ｍｍ。經(jīng)過 簡 化，頂 升 連 接 件 的 實(shí) 體 模 型 如圖１所示。從理論上已經(jīng)證明，只要用于離散求解對象的單元足夠小 所 得 解 就 足 夠 逼 近 接 近 值［２］。因此 在 建模時應(yīng)當(dāng)將一些如倒角、圓角、小孔等細(xì)小工藝忽略，這種忽略一般不會對仿真結(jié)果產(chǎn)生明顯的影響，但是可以為后續(xù)的網(wǎng)格劃分與模態(tài)分析提供方便。
１．２頂升連接件的網(wǎng)格劃分
要 想 進(jìn) 行 有 限 元 動 態(tài) 分 析，就 必 須 定 義 零 件 材 料及 其 材 料 參 數(shù)。為 了 更 好 地 優(yōu) 化 零 件 的 動 態(tài) 性 能 從 而提高機(jī)床的加工性能，本 文 定 義 三 種 材 料 見 表１，通 過有 限 元 分 析 結(jié) 果，選 出 綜 合 性 能 好 的 材 料。
ＡＮＳＹＳ有限 元 網(wǎng) 格 劃 分 是 模 態(tài) 分 析 中 至 關(guān) 重 要的 一 步，網(wǎng)格劃分的好壞直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性［３］。網(wǎng)格 的 劃 分 需 要 遵 循 一 些 原 則，網(wǎng) 格 的 結(jié) 構(gòu) 及網(wǎng)格的疏密程度都會在很大程度上影響有限元分析結(jié)果。ＡＮＳＹＳ網(wǎng)格劃分需要遵循以下基本原則［４］：
（１）網(wǎng)格 劃 分 數(shù) 量 合 適。網(wǎng) 格 數(shù) 量 太 少，計 算 精度 達(dá) 不 到，誤 差 偏 大；網(wǎng) 格 太 多，會 增 加 分 析 過 程 時 間而且需要更大的存儲空間。
（２）正 確 把 握 網(wǎng) 格 疏 密 程 度。根 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 不 同 部 位采用不同大小的網(wǎng)格，關(guān)鍵部位及結(jié)構(gòu)較小部位的局部網(wǎng) 格 劃 分 密 集 一 些。
（３）正 確 選 擇 單 元 階 次。增加單元階次可以提高計 算 精 度，精度要求高的重要部位要選擇高階單元，精度 要 求 低 的 次 要 部 位 可 以 選 用 低 階 單 元。
網(wǎng)格劃分的數(shù)量是采用先少后多的方法，直至分析出來的結(jié)果與前一次網(wǎng)格劃分分析的結(jié)果相差不大為止。網(wǎng)格劃分方法 有 掃 描 法（ｓｗｅｅｐ）、多區(qū) 域 法（ｍｕｌｔｉ－ｚｏｎｅ）、自動 劃 分（ａｕｔｏｍａｔｉｃ）、四面 體 法（ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎｓ）和六面體法（ｈｅｘｄｏｍｉｎａｎｔ）等［５］。鑒于自動劃分法簡單易上手且也有很 好 的 效 果，完 全 滿 足 仿 真 的 需 要，本 文 采用自動網(wǎng)格劃分，結(jié)果如圖２所示。我們通過固定凸軸來限制零件的 自 由 度。每個零部件都有對應(yīng)于其固有頻率的無限多 個 振 型，而 高 階 振 型 的 阻 尼 值 較 高，在 振動中起到的作 用 較 小［６］。本文的模態(tài)分析著重研究在振動中有較大 影 響 的 低 階 模 態(tài)，即 只 取 前６階 模 態(tài)，通過ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ仿真的不銹鋼材料頂升件的前６階模態(tài)。