大型数控龙门铣床主轴柔性传动系统优化设计方法研究

发布时间：2017-03-21 13:00

  本文关键词：大型数控龙门铣床主轴柔性传动系统优化设计方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：对于大型数控龙门铣床来说，主轴是是整个铣床的最重要的部分，跟加工精度、铣床寿命都直接相关。而在龙门铣床中主轴是安装在滑枕中，并与传动轴直接相连，传动轴另一端与减速器相连，减速器与驱动电机连接，通过传动轴传递驱动电机的旋转运动给主轴。因此，主轴传动系统和传动轴的结构与性能将直接影响铣床整机床的整体性能。滑枕中的传动轴比较长，一般都在2米以上，传动轴两端支撑处的中心线很难保证完全对中。在加工和安装过后，如果对中不好，又因为传统传动轴都是刚性传动轴，把紧联轴器后，将会在传动轴中引起很大的应力，并在支撑处产生很大的径向力，严重影响机组的正常运行，导致振动或者轴断现象。并且在传统滑枕中，在传动轴两端处有两组轴承支撑，发生不对中后，轴与轴承长时间受力不均，互相作用磨损生热，常常发现轴承磨损严重而影响正常运行。 本文采用韧性好、强度高的钛合金（TC4）代替原材料，设计一柔性传动轴代替原来刚性传动轴，并去掉了原传动轴两端的支撑轴承，从而由刚性传动系统变成柔性传动系统，提高了结构的精度工艺性，降低了加工和装配的难度。 本文结合研究对象实际情况，采用奇异函数和拉氏变换的方法，求出了传动轴分别在交叉不对和平行不对中情况下普遍适用的支反力与弯曲变形和过渡曲线的关系表达式、总转角和过渡曲线的关系表达式。表达式规范、统一，适用于优化设计，易于程序编写。 本文设计方法是先利用传统机械设计方法进行基本参数的设计。再将有限元分析技术应用到铣床滑枕传动轴的过渡曲线选取的分析中，选出合适的过渡曲线。最后通过机械优化设计方法，优化传动轴的结构形状及性能。 通过VB对优化计算总过程的程序编写，消除了繁琐的计算过程，操作界面简单、易操作，并将结果直观的显示出来。该程序具有普遍适用性，可适用于其他不同系列滑枕传动轴的设计。
【关键词】：滑枕 传动轴 有限元 优化设计 奇异函数
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG547
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 前言10
• 1.2 铣床与铣床滑枕的发展情况10-13
• 1.2.1 铣床的发展历程10-11
• 1.2.2 滑枕的应用与研究现状11-13
• 1.3 传动轴的应用与存在的问题13
• 1.4 本文的研究内容与方法13-14
• 1.5 本文的研究意义14-16
• 第二章 机械优化设计与有限元分析原理16-28
• 2.1 机械优化设计原理16-19
• 2.1.1 优化设计发展历史16-18
• 2.1.2 优化设计及机械优化设计发展概况18-19
• 2.2 优化设计问题的数学模型19-23
• 2.3 优化问题的基本解法23
• 2.4 多目标优化问题23-25
• 2.4.1 多目标优化问题的数学表达式23-24
• 2.4.2 多目标优化解决方法24-25
• 2.5 有限元分析原理25-27
• 2.5.1 有限元分析25-26
• 2.5.2 有限元法求解问题的基本步骤26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第三章 铣床滑枕柔性传动轴的基本参数设计28-39
• 3.1 滑枕传动轴总体初设计28-33
• 3.1.1 主轴传动系统的结构改良方案比较30
• 3.1.2 材料选取30-31
• 3.1.3 按扭转强度计算31-32
• 3.1.4 按扭转刚度计算32-33
• 3.2 过渡曲线的确定33-38
• 3.2.1 过渡曲线的选取33-35
• 3.2.2 利用三弯矩法求三次样条曲线方程35-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第四章 传动轴的受力分析39-50
• 4.1 用奇异函数和拉氏变换法求传动轴的支反力与挠度值的关系39-49
• 4.1.1 轴两端交差不对中时支反力与弯曲变形的关系的解析表达式40-43
• 4.1.2 轴两端平行不对中时支反力与弯曲变形的关系的解析表达式43-49
• 4.2 本章小结49-50
• 第五章 传动轴结构的优化设计50-61
• 5.1 两种不对中的优化数学模型建立50-54
• 5.1.1 交叉不对中时优化设计数学模型的建立50-51
• 5.1.2 平行不对中时优化设计数学模型的建立51-54
• 5.2 评价函数的确定54-57
• 5.3 最终优化程序的建立57-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第六章 结论61-63
• 6.1 结论61-62
• 6.2 展望62-63
• 参考文献63-65
• 在学研究成果65-66
• 致谢66

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王可;逯海卿;孙兴伟;;基于有限元方法的传动轴优化设计[J];制造业自动化;2013年19期

  本文关键词：大型数控龙门铣床主轴柔性传动系统优化设计方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：259652