螺杆转子磨床砂轮架的动态特性分析与优化

以高精度数控螺杆转子磨床砂轮架为研究对象,利用ANSYS Workbench有限元分析软件对其进行了模态分析和谐响应分析,获得砂轮架的前六阶固有频率和振型,识别出砂轮架的薄弱环节,并验证了砂轮架能够成功克服共振.在此基础上,以提高砂轮架低阶固有频率和降低总质量为优化目标,提出了三类改型方案,采用方案对比优选的方法确定综合方案,并通过静力分析验证了综合方案的可行性.结果表明:与原结构相比,优化后砂轮架的一阶固有频率提高了8.63％,同时总质量减轻了8.84％,达到了较好的优化效果,为砂轮架结构的改进优化提供了理论参考依据.     

新型八工位高效内圆切片机的设计与优化

目前,市场上所采用的传统内圆切片机的切割效率已无法满足单晶硅片的需求量。针对这种情况,设计了一台新型八工位高效内圆切片机,可同时进行8块物料的加工,加工效率提高了8倍。同时,为降低机床的振动,提高硅晶片的加工质量,采用响应面法和遗传算法(NSGA-Ⅱ)对床身的固有频率和质量进行多目标优化。通过优化使床身的前3阶固有频率分别提高了35.1%、65.9%、56.4%,同时床身质量减轻了60 kg,机床的整体性能得到了优化。     

基于拓扑优化的深孔钻床主轴箱的结构重构

为有效提高深孔钻床关键件的动态性能并减轻其质量,运用有限元分析和拓扑优化相结合的方法,对Z8016深孔钻床主轴箱进行了结构优化设计.利用Pro/E对Z8016主轴箱初始结构进行了三维建模并导入HyperMesh进行模态分析;根据变密度法的基本思想,建立以箱体结构的相对密度为设计变量、以一阶固有频率最大化为目标函数、以体积分数(质量)为约束条件的拓扑优化模型,并以HyperWorks/OptiStruct软件为工具,对其进行拓扑优化,得到了主轴箱材料的最优分布图;根据优化方案对初始结构进行了重构设计.研究结果表明:改进后的主轴箱结构,一阶固有频率提高了6.71%,质量减少了6.85%,动态特性满足设计要求,从而为深孔加工机床中其他关键部件的结构优化提供了参考.     

直驱机床矿物质材料龙门框架优化设计及分析

为了加工直径320 mm,高度250 mm的工件,在保证各类相关尺寸的情况下设计了一种床身和龙门框架为矿物质材料的五轴直驱复合加工中心。为了减轻机床的质量并降低其重心,对矿物质材料龙门框架进行以提高模态性能和柔度最小化为目标的拓扑优化设计,再用多目标遗传算法对拓扑优化后的龙门框架进行尺寸优化,并前后多次对其动、静态性能进行仿真分析和比较。对比市场现有铸铁龙门框架与最终优化后的矿物质材料龙门框架,结果显示：矿物质材料龙门框架质量上降低了15.03％,最大变形降低了8.7％,最大应力降低56.68％,一阶固有频率增大了23.45％。优化后的矿物质材料龙门框架在静、动态特性以及轻量化方面都要明显优于铸铁龙门框架支承件。     

超高加速度宏微运动平台基座模态分析与优化设计

超高加速度宏微运动平台基座与音圈电机共振会严重影响平台的定位精度。以基座为研究对象,以提高基座1阶固有频率和降低质量为研究目标,利用SolidWorks和ANSYS Workbench进行模态分析、拓扑优化、直接优化和响应面优化分析,获得了模态振型、固有频率和优化方案,并对优化后的模型重新进行有限元分析。结果表明：基座1阶固有频率增加6.8%,质量减小8%,提高1阶固有频率同时实现了基座轻量化。     

XK719数控铣床的结构尺寸优化

为了能够有效地提高数控铣床整机的静动态特性,以XK719数控铣床整机结构为研究对象,利用有限元分析方法对整机进行了建模、分析与优化。首先,对数控铣床的整机结构进行了谐响应分析,分析结果表明:该型号数控铣床的第1阶、第2阶固有频率分别为38和48 Hz,低阶频率偏低。其次,对整机各主要零部件的壁厚进行了灵敏度分析,找出对结构质量和第1、2阶固有频率影响较大的关键尺寸。然后,以质量和第1阶、第2阶固有频率为目标函数,以关键尺寸作为相应的设计变量进行尺寸优化。结果表明:在整机的质量基本不变的情况下,达到第1阶固有频率提高了11%,第2阶固有频率提高了12%的优化结果。该设计方法能够为整机的快速设计提供参考。     

车铣复合直驱转台动静态特性优化设计

针对降低直驱转台质量防止惯性影响其加工精度的问题,开展动静态特性分析、响应面构建、灵敏度分析以及NSGA-II遗传算法优化;对比、分析优化前与优化后的直驱转台加工参数。结果表明：优化后的参数不仅能够更好地满足加工需求,而且可提高直驱转台的刚度和1阶固有频率,显著降低该型号直驱转台的质量。     

三梁四柱型液压机有限元模态分析及结构改进

针对6300 kN三梁四柱型液压机的结构特点,应用ANSYS软件建立了液压机机架三维有限元模型,完成了整体机架模态分析,得到前十阶固有频率和相应振型.结果表明,机架质量、刚度分布较均衡合理,机架的最低固有频率为17.537Hz.根据模态分析结果,对机架进行改进以增加液压机结构的局部刚度,机架的一阶和二阶固有频率分别提高了14.65％和13.77％.为液压机结构动态设计及优化提供了有益参考.     

重型立式车床工作台筋板优化设计

为提升车床的静动态特性,提出一种新的筋板设计方法.该方法结合了拓扑优化以及尺寸优化,以变密度拓扑优化方法为基础,构建工作台模型;按照建立的优化模型,对筋板结构、布局进行全面规划设计;对新设计结构进行仿真和试验.结果表明:工作台底座的1阶固有频率提高了7.59％,质量减少了8.73％;前3阶固有频率增加了约8％,验证了该...     

基于响应面法的机床床身动静态多目标优化

为了提高数控机床的加工精度,床身必须具有较高的抗振动性,同时质量应尽可能的轻。文章基于SolidWorks建立TK6920型数控落地镗铣床床身三维模型,将模型导入ANSYS,对床身进行动态有限元研究,得到了床身前四阶模态固有频率和振型。在分析了模态结果后,提出以床身的质量和前四阶加权固有频率作目标函数、床身筋板厚度作设计变量建立数学模型,以确定床身结构多目标优化的最优解。从而使床身质量下降6.14%,前四阶固有频率分别提高8.54%、7.01%、6.99%、8.92%。为TK6920型数控落地镗铣床床身设计与制造提供一种理论指导。     

高刚性轻量化研球机床身结构优化设计

为提高研球机床身的静动刚度并减少床身质量,建立床身结构的有限元模型,通过有限元分析获得机床床身的静动态特性以及低阶固有频率。在此基础上利用尺寸优化和拓扑优化设计方法,对其进行了以减轻质量和提高结构刚度为目标的结构优化设计,最终完成对床身的综合优化。将优化后的床身与原床身进行比较,结果显示:综合优化后的床身最大变形量减少了19.45%,最大应力减小了12.24%,床身的质量下降了3.52%,并且前5阶固有频率均有明显提高。通过综合优化,提高了床身的工作性能,减轻了床身质量,该研究结果对提升机床床身刚度提供参考。     

双主轴铣削加工中心立柱的静动特性分析及多目标优化

针对采用传统方法设计的立柱静、动刚度存在薄弱和不足的问题,通过建立立柱受力模型,对立柱进行静力分析、模态分析以及谐响应分析,确定立柱静动刚度薄弱的部位和方向;根据分析结果,选取8个结构尺寸为设计变量,以总变形量、前3阶频率加权平均值和质量为优化目标,建立多目标优化数学模型,通过多目标遗传算法和灵敏度分析得到优化结果。结果表明:立柱总变形量减小了5.5%,质量减少了1.2%,前3阶频率加权平均值增加了2.17%,X、Y方向峰值响应分别减小了75.5%、75.44%,达到了优化的目的。     

基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%,可以为机床其他类型零部件优化提供参考。     

高速列车齿轮箱箱体结构设计与静、动态分析

为提高高速列车齿轮箱箱体结构强度,避免因强度不足导致失效问题,应用有限元分析方法对某型号高速列车齿轮箱箱体进行静、动态分析,得到高速列车齿轮箱箱体失效的主要原因是高速列车齿轮箱箱体的结构设计不合理.基于变密度法,建立以高速列车齿轮箱箱体的结构柔顺度最小为优化目标,约束齿轮箱箱体应力和体积的拓扑优化模型;对优化后的箱体进...     

机车车辆牵引电机转子拆解机主体机构分析

建立一种新型牵引电机转子拆解机三维模型,该拆解机主要包括高度调节装置、抽取臂装置、旋转及角度调节装置、行走装置。结合封闭矢量法与D-H法对拆解机主体机构进行了运动学分析,得出高度调节装置上锥套的位姿矩阵。利用有限元分析软件ANSYS对拆解机前臂进行了模态分析,得出其固有频率、振型,结果表明:各阶频率均远远大于其工作频率,不会发生共振。实践证明:在此基础上研制的样机能够把转子从牵引电机中水平抽出来,满足转子自动化转运。     

伺服阀套的精密电火花加工及组合夹具的设计

阀套是液压伺服系统中的一重要零件,圆柱面上方孔电火花加工及内环槽电磨削精度要求很高,加工难度大,加工合格率通常不足60％.通过对加工过程进行优化,稳定了环槽加工尺寸,设计了与设备相连接带油路的组合夹具之后,有效地改善了电火花加工方孔时的“烧伤”缺陷,一次加工合格率能达到92％.由于组合夹具一次装夹,能同时加工六个阀套零件,单件加工时间也缩短了30min.该电火花加工方法和组合夹具的结构对类似零件的加工具有一定的借鉴作用.     

大型静压回转工作台的模态分析与优化设计

对大型静压回转工作台进行静态特性分析与模态分析,得到其承载能力和动态性能,为工作台的优化提供了理论依据;基于工作台的静动态性能情况,以减轻其质量为目标函数,利用元结构方法进行出砂孔优化设计,优化后的结构满足工作时所需的动、静刚度,同时保证了最大一阶固有频率;对优化后的工作台进行试验模态分析,将实验所得结果与仿真结果进行对比,结果表明误差在允许范围之内,确保了优化后工作台的动态特性要求。     

超声振动辅助ELID复合内圆磨削系统中大负载变幅器的设计及应用

为解决超声振动辅助ELID复合内圆(UAEI)磨削陶瓷等硬脆材料的声学系统设计难题，对驱动几何尺寸大、质量重的金属结合剂金刚石砂轮用的小端较长的变幅器进行理论设计及优化。基于弹性波在介质中的传播规律，利用MATLAB确定变幅器取值方案，再根据加工要求并结合ANSYS模态分析筛选出符合要求的方案，然后采用零阶算法进一步优化处理，得到满足几何尺寸、应力及振动频率要求的变幅器尺寸。对设计出的变幅器进行振动特性测试，其谐振频率理论误差为0.192%～1.824%，符合预期设计要求。采用研制出的UAEI磨削系统进行加工特性测试，与在线电解修整砂轮(ELID)内圆磨削比较，其工件的表面粗糙度降低了44.2%，且工件三维形貌更加平整，砂轮表面状况获得改善。      

磁极偏转永磁辅助同步磁阻电机优化设计

针对永磁辅助同步磁阻电机转矩脉动大和转矩不足等问题,提出磁极偏转永磁辅助同步磁阻电机结构,并对电机结构进行多目标优化。为选取出电机最佳的结构参数,利用有限元法对电机进行仿真分析,结合二维等高线法,选出电机结构参数初始优化范围。利用Taguchi法建立初始参数优化正交表,结合所设计的8极48槽电机结构,对正交表中数据进行建模仿真,进而对电机结构参数进行优化调整。根据所提出的方案设计研制试验样机。结果表明：优化后的磁极偏转电机结构转矩提升8.1%,转矩脉动下降5.6%,验证了所提电机结构的合理性。