基于空间动力学优化的机床结构件质量匹配设计

提出基于整机空间动力学预测模型、以移动结构件质量为设计变量的多目标匹配设计方法. 基于机床移动件的工作行程构建整机工作空间,运用正交试验法进行空间位姿试验设计,建立整机空间固有频率预测模型;在工作空间内对机床进行动力学性能的灵敏度分析,识别动力学的最优位姿和最差位姿;以最差位姿机床固有频率为优化目标,采用多目标质量匹配法对移动部件的质量进行最佳分布设计;重新计算优化后机床的固有频率,通过频率响应分析,比较优化前、后机床在最差和最优位姿下的动力学性能. 结果表明,经过多目标质量匹配优化后,机床的固有频率得到了提高,刀尖节点的最大频响振幅明显降低,机床的整机动力学性能有了较大程度的改善.     

基于元动作单元的数控机床运动精度映射

为使数控机床精度设计有定量的理论数值供参考,从运动的角度出发,建立了基于元动作单元的数控机床运动精度映射模型. 采用“功能(Function)-运动(Motion)-动作(Action), FMA”的结构化分解方法得到元动作单元,并结合多体系统理论对数控机床拓扑结构进行了描述；运用旋量理论对数控机床误差建模,建立数控机床空间运动误差模型,并用螺旋理论得到空间运动误差综合值；以制造成本、空间运动误差螺距及其大小为设计准则,构建了运动精度映射模型,并应用NSGA-Ⅱ遗传算法对数控机床运动精度进行映射. 对某国产加工中心进行运动精度映射求解,说明了该模型的可行性和有效性.     

一种新型加工弧面凸轮专用数控铣床的模块化设计

针对当前国内孤面凸轮加工专用数控机床的缺陷,在参考普通数控铣床结构的基础上,采用模块化设计思想,通过分析论证,重新设计出较为科学合理的五轴联动加工弧面凸轮专用数控铣床,基本弥补了国内现有加工弧面凸轮专用数控机床的缺陷．     

在三轴插齿机上实现非圆齿轮磨齿运动的方法

为了提高非圆齿轮加工精度,解决磨床设计周期长、造价高的问题,基于一种非圆齿轮成形砂轮展成磨削法原理,提出了在三轴非圆齿轮插齿机上改装成形磨头,实行非圆齿轮磨齿加工的方法.利用非圆齿轮插齿加工原理,解决了在插齿机上进行无干涉无抬刀分度的问题;同时利用平面运动转化理论,实现了四轴运动到三轴运动的转化,使非圆齿轮磨齿加工可以应用于实际生产中,该方法有利于非圆齿轮在齿面硬度要求高的领域应用。     

微小车削单元的设计仿真及结构优化

主要研究目标设计与开发微小车削单元,实现微小零件的车削加工,为进一步构建桌面式微型工厂奠定基础。通过全面分析机床微小化带来的关键问题,结合微小车床的特点,提出合理的设计方案。同时采用ANSYS软件对微小车床的整体结构进行动态分析,在此基础上对微小车床的关键部件即中心架和床身分别进行了结构优化,然后对优化后的微小车床进行了动态分析。最后将优化前后的微小车床的动态性能进行对比,通过对比结果,验证了优化后的微小车床具有更好的动态特性。     

浅谈机械翻转装置的建模和动力学分析

论文分析转子支承系统的建模,运用集中质量法建立了翻转装置的动力学模型,利用Riccati传递矩阵法计算各阶扭振固有频率、振型分布,并提出其模态分析的理论方法,为机械结构的优化设计提供理论依据。     

弧齿锥齿轮的模态分析

以某电动角磨机内齿轮为参照,通过三维机械设计软件SolidWorks构建弧齿锥齿轮模型,运用有限元分析软件ANSYS对齿轮进行模态分析,得到齿轮的固有频率和主振型,为齿轮系统的动态设计提供一定的参考.     

数控旋压机床旋轮架广义空间位置维动态特性分析

数控旋压机床是集旋压、自动化机械、液压伺服控制等多项先进技术为一体的高科技机床产品。数控旋压机床进行旋压件加工时的精度取决于加工过程中旋轮与芯模的相对间隙。随着数控旋压机床在加工过程中旋轮空间位置姿态的不断变化,旋轮架结构构形及轴间耦合作用也随之发生改变,导致旋压机机床动态特性预测具有复杂性和不确定性。针对企业提升大型双轮数控旋压机床动态性能的需求,基于虚拟样机技术,构建了考虑机床结合部动态特性参数的旋轮架系统动力学有限元模型,并基于实际加工工况进行模型边界条件设置。以一阶固有频率为主要参考指标,基于有限元分析模型修正法对旋轮架在广义加工空间中的不同位置进行了模拟模态分析和实验模态分析,研究了旋轮架的动态特性与广义加工空间位置姿态变化之间的关系。数字仿真分析和实验结果表明：对旋轮架一阶固有频率来说,不同位置点的模拟模态值与实验模态值总体吻合较好,平均误差率为2.21%;系统的一阶固有频率、振型及阻尼比随位置姿态的改变而变化;不同位置之间的最低与最高固有频率相差26%左右;X轴坐标越居中,Z轴坐标越大,旋轮架固有频率越低,旋轮振幅越大。证明旋轮架的不同空间位置姿态对旋压机床的动态特性影响较大。得到的结论可以用于研制新型旋压机床、优化加工路线和设计最优加工位置。     

新型并联机床动力学研究

新型并联机床是空间多环机构在机床业的创造性应用,考虑组成该机床各构件的弹性影响,建立了机床的弹性动力学有限元分析模型,同时针对几种典型结构工况对该机床进行了固有特性和动力响应分析,得出了结构工况与机床动态特性的关系,这些研究为该机床进行动态设计提供了基础。     

数控铣床主传动系统动态设计

为使数控铣床在加工过程中得到较高的加工精度和效率,必须对机床的组成部分进行优化设计,基于传递矩阵法的思想,对某数控铣床的主传动系统建立集中质量模型,在得出其固有频率的基础上,通过计算模态柔度和能量分布率找出主传动系统的薄弱环节,进行动态优化设计,从而使铣床的抗振性能最好．     

基于FEM的数控弧齿铣齿机立柱结构静、动态设计

借助有限元分析软件,运用结构动态设计原理和基于有限元法的变量化分析技术对数控弧齿铣齿机立柱部件进行动、静态特性分析,并以立柱结构的侧板宽度为几何参数进行灵敏度分析,找出原设计中的不足,并在结构及尺寸上加以改进．结果表明,改进后立柱的动、静态性能得到显著的提高,为机床设计和改造提供了依据．     

关于剃前插齿刀设计模型的修正

本文针对已有文献中剃前插齿刀的设计模型的近似性，提出了一种准确的数学模拟，并给出了相对数学模型的修正模型，从而使剃前插齿刀设计趋于完善．     

基于响应面方法的数控机床空间动态特性研究

机床运动部件位置姿态在加工空间的变化,造成机床质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵随之变化,导致机床动态特性预测具有复杂性和不确定性。针对加工空间机床动态特性的准确预测问题,本文提出一种基于响应面理论的数控机床空间动态特性研究方法。该方法以数控机床固有频率频率这一关键动力学性能指标为例,分析机床整机动态特性与机床位置姿态之间的数学关联关系,基于正交试验设计和响应面方法理论,构建预测广义加工空间数控机床动态性能变化的响应面模型,揭示机床动态特性在加工空间的演化规律,并在该响应面模型基础上提出机床动态特性影响因子概念,计算各方向运动部件的位移变化对机床动态特性的影响程度,共同确定机床最优加工位姿和加工路线。将该方法应用于一台三轴立式加工中心,采用正交试验设计确定移动部件的不同位置组合作为计算样本点,在ANSYS仿真软件中计算每个样本点的前5阶固有频率,建立反映位置特征与固有频率数值的二次多项式响应面模型,并通过计算响应面模型质量评价指标验证了该模型的有效性,以此分析机床前5阶固有频率在加工空间的分布规律及其对x、y、z向位移变化的灵敏度,阐明机床空间位姿对机床动态特性有较大的影响,为机床工艺规划和优化设计提供了新的分析方法及技术支持。     

仿生表面形态齿轮的模态分析

在Pro/E中建立了高精度的参数化渐开线直齿圆柱齿轮模型,以工程仿生学和有限元理论为基础,运用MSC.Nastran分析了仿生表面形态齿轮的动力学性能。通过对普通齿轮和仿生表面形态齿轮进行模态分析,分别计算出了其前10阶固有频率和振型。结果表明,与普通齿轮相比,仿生表面形态齿轮各阶最大振幅更小,其固有频率明显降低,且趋势更为平稳,有效地改善了齿轮的动态特性,提高了齿轮的可靠性。     

Theoretical and experimental study on non-linear vibration characteristic of gear transmission system

In order to investigate the vibration of gear transmission system with clearance, a vibratory test-bed of the gear transmission system was designed. The non-linear dynamic model of the system was presented, with consideration of the effects of nonlinear dynamic gear mesh excitation, flexible rotors and bearings. Integration method was used to investigate the non-linear dynamic response of the system. The results imply that when the mesh frequency is near the natural frequency of gear pair, it is the first primary resonance, the bifurcation appears, and the vibration becomes to be chaotic motion rapidly. When the speed is close to the natural frequency of the first-order bending vibration, it is the second primary resonance, the periodic motion changes to chaos by period doubling bifurcation. The vibratory measurement of test-bed of the gear transmission system was performed. Accelerometers were employed to measure the high frequency vibration. Experimental results show that the vibration acceleration of the gear transmission system includes mesh frequency and sideband. The numerical calculation results of low speed can be validated by experimental results basically. It means that the presented non-linear dynamic model of the gear transmission system is right.     

机械结合面动态参数的研究

本文对机床结构中典型的结合面——螺栓结合面进行了研究,用有限元法建立了结合部的动力学模型,对结合面动态参数的识别方法进行了理论分析和推导,在此基础上,编制了求解接触刚度和接触阻尼的计算机程序ISD1,通过程序与实验相结合的方法,识别出了结合面本身的接触刚度和接触阻尼,为整台机床的动态特性分析和动态优化设计奠定了基础。     

数控机床高速电主轴的性能研究

介绍了数控机床用电主轴的特性及其应用现状，分析了高速电主轴单元设计制造中的结构设计，轴承选用，动平衡等若干问题，通过电主轴的性能测试表明，该型电主轴设计合理，动，静态性能指标符合要求。     

含离合器的齿轮传动系统的拍击动力学行为研究

在考虑主动轴驱动转矩波动、齿轮副齿侧间隙及离合器间隙的情况下，建立了同时含有离合器间隙和齿侧间隙的齿轮传动系统(简称双间隙系统)拍击振动分析的集中质量模型。计算了不同激励频率下齿轮传动系统振动性态随着激励幅值的增大而变化的规律，并与仅含齿侧间隙的齿轮传动系统(简称单间隙系统)的情况作了比较。计算结果表明：双间隙齿轮传动系统的临界激励幅值(开始脱啮的激励幅值)随激励频率变化的规律与单间隙系统的情况类似，即当激励频率较小时，随着激励频率的增大，临界激励幅值减小，并在频率为固有频率的1／2左右处有极小值。但在同一激励频率下，双间隙系统的临界激励幅值仅为单间隙系统情况下的1／2左右，说明双间隙系统更容易脱啮。齿轮副和离合器系统在工作过程中会出现：①啮合；②时而啮合时而脱啮；③脱啮三种现象。由于离舍器间隙与齿侧间隙的相互影响，随着激励幅值的增大，双间隙系统会产生(D和②的交替出现，或者②与③的交替出现。而当离舍器和齿轮副分别处于②和③现象或者①与②现象时，系统有可能出现多周期振动或拟周期振动。     

在普通插齿机上加工椭圆齿轮的一种新型工艺装置

依据解析法形成椭圆轨迹的原理,设计了一种在普通插齿机上加工椭圆齿轮的新型工艺装置。利用此装置,可方便地在一定范围内加工同一离心率任一规格的椭圆齿轮。     

核电专用轮槽数控铣床动态设计和结构优化

针对大型专用铣床CX056串联式的结构和它运动部件质量大的特点,用有限元法分析了该机床的动态特性.将模态分析和谐响应分析的结果作为该大型铣床动态设计和结构优化的依据,通过设计不同的结构和预置不同系列的参数,以整机固有频率的提高为目标函数,应用经验法和比较法提出了机床大件和整机的优化设计方案.