日年月日设计论文地点西安科技大学高新学院指导教师专业教研室负责人摘要有限元软件包是个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构流体电力电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域航空航天工业生物医学桥梁建筑电子产品重型机械微机电系统运动器械等。机床主轴是最常件的零件，该零件结构较为简单，操作方便，加工精度高，价格低廉，因此得到了广泛的使用。目前很多机床主轴都做了适当的改进，使其适用性得到了更大的提高。本设计是基于软件来机床主轴行分析。与传统的计算相比，借助于计算机有限元分析方法能更加快捷和精确的得到结果。设置正确的模型划分合适的网格，并合理设置求解过程，能够准确的获得分析模型各个部位的应力变形等结果。对零件的设计和优化有很大的参考作用。正是因为上述优点，我在本设计中运用来建立三维模型。再将此模型导入软件来对其进行分析。关键词机床主轴，三维建模动静态分析.为软件平台，借助计算机对机床主轴进行迅速高效地强度设计分析，正应了当今市场的需求。.选题的研究现状及发展趋势近年来，随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析方法在工程设计和分析中，已成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径。有限元作为技术中的种关键计算方法，自世纪中叶产生以来，以其独有的魅力得到了越来越广泛的发展和应用。目前，已出现了不同形态的有限元方法，并由此产生了批非常成熟的通用和专业的有限元商业软件。软件是美国公司研制的融合结构热流体电磁场声场和耦合场分析与体的大型通用有限元分析软件。其用户涵盖了核工业铁道石油化工航空航天机械制造能源电子造船交通国防军工土木工程地矿水利日用家电和教学科研等众多领域。该软件可在大多数计算机和操作系统上运行，文件在其所有的产品系列和工作平台上均兼容。其基于的菜单系统，让用户能够方便地通过对话框下拉式菜单和子菜单进行数据输入和功能选择。另外，能与多数软件结合使用，实现数据的共享和交换，如等，是现代产品设计中的高级工具之。在相继收购了等世界著名有限元分析程序制造公司并将其产品和整合之后，实际上已成为世界上最通用和有效的商业有限元软件。在我国，软件经过多年的经营，商业版用户已达数百家，遍及各个领域，与此同时，以上的理工大学均用进行科学研究及教学。.机床主轴知识机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴轴承和传动件齿轮或带轮等组成主轴部件。在机器中主要用来支撑传动零件如齿轮带轮，传递运动及扭矩，如机床主轴有的用来装夹工件，如心轴。除了刨床拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床都有主轴部件。主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度刚度和速度适应性。旋转精度主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动见形位公差，主要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。动静刚度主要决定于主轴的弯曲刚度轴承的刚度和阻尼。速度适应性允许的最高转速和转速范围，主要决定于轴承的结构和润滑，以及散热条件。.机床主轴的结构特点机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴轴承和传动件齿轮或带轮等组成主轴部件。除了刨床拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床都有主轴部件。机床主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度刚度和速度适应性。旋转精度主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动见形位公差，主要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。动静刚度主要决定于主轴的弯曲刚度轴承的刚度和阻尼。速度适应性允许的最高转速和转速范围，主要决定于轴承的结构和润滑，以及散热条件。传统结构的机床主轴伸缩套是将花键套与凸缘叉焊接在起，将花键轴焊在机床主轴管上。而公司的机床主轴改传统结构，将花键套与机床主轴管焊接成体，将花键轴与凸缘叉制成体。并将矩形齿花键改成大压力角渐开线短齿花键，这样既增加了强度又便于挤压成形，适应大转矩工况的需要。在伸缩套管和花键轴的牙齿表面，整体涂浸了层尼龙材料，不仅增加了耐磨性和自润滑性，而且减少了冲击负荷对机床主轴的损害，提高了缓冲能力。该型机床主轴在凸缘花键轴外增加了个管形密封保护套，在该保护套端部设置了两道聚氨酯橡胶油封，使伸缩套内形成厂个完全密封的空间，使伸缩花键轴不受外界沙尘的侵蚀，不仅防尘而且防锈。因此在装配时在花键轴与套内次性涂抹润滑脂，就完全可以满足使用要求，不需要装油嘴润滑，减少了保养内容。第章本课题任务和研究方法.课题任务利用有限元软件.的结构分析模块对机床主轴进行有限元分析。通过建立机床主轴的几何模型有限元模型，对分析模型进行结构应力分析，学会对有限元分析结果进行分析和优化。.分析方法依照图示的此种方法对机床主轴进行仿真分析。在分析机床主轴的应力是需要注意的是右图在划分网格类型和定义边界条件中间所应夹接触对的建立的方框，对于应力仿真分析大致与右图的分析方法致。.本课题的研究方法由于自身的建模比较繁琐，采用借助第三方设计软件建立模型，然后导入到分析，也是目前比较公认的快捷方法。本课题借助设计模型。.有限元方法介绍概述在科学技术领域内，对于许多力学问题和物理问题，人们已经得到了它们遵循的基本方程常微分方程或偏微分方程和相应的定解条件，但能用解析法得出精确解的只是少数方程性质比较简单，且几何形状相对规则的问题，而对于大多数问题，由于方程的些非线性性质的特征或求解区域几何形状的复杂，不能得到解析结果。部分问题可以通过简化得到简化状态下的解答，但过多的简化会导致解答误差很大甚至完全错误。因此，人们经过多年来的寻找，建立和发展了另种求解途径和方法数值解法。有限单元法就是其中得以广泛应用的种。有限单元法是用于求解各类工程实际问题的方法。应力分析中的稳态瞬态线性非线性的问题以及热力学流体力学电磁学和高速冲击动力学问题都可以通过有限元方法得到解决。自从世纪年代第次提出“有限单元法或称有限元法”这个名称以来，经过多年的发展，它如今已经成为工程分析中应用最广泛的数值计算方法。由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视，伴随着计算机科学和技术的飞速发展，有限单元法现已成为计算机辅助设计和计算机辅助制造的重要组成部分。基本思想数值分析的任务，就是从无限维空间转化到有限维空间，把连续系统转变为离散系统的结构。有限元法是利用场函数分片多项式逼近模式来实现离散化过程的，也就是说，有限元法依赖于这样的有限维子空间，它的基函数系是具有微小支集的函数系，这样的函数系与大范围分析相结合，反映了场内任何两个局部地点场变量的相互依赖关系。任何个局部地点，它的影响函数和影响区域，正是基函数本身和它的支集。在线性力学范畴里，场内处于不同位置的力相互作用产生的能量可用双线性泛函,来表示，其中,正是相应的点的基函数。,的大小与,支集的交集大小有关，如果两个支集的测度为零，则因此，离散化所得到的方程的系数矩阵是稀疏的。若区域分割得愈细，则支集不相交的基函数对愈多，矩阵也就愈稀疏，这给数值解法带来了极大的方便。特点物体离散化将个工程结构离散为由各种单元组成的计算模型，这步称为单元剖分。离散后单元与单元之间利用单元的节点相互连接起来，单元节点的设置性质数目等应视问题的性质，描述变形形态的需要和计算进度而定般情况下，单元划分越细则描述变形情况越精确，即越接近实际变形，但计算量也就越大。所以有限元中分析的结构已不是原有的物体或结构体，而是由新材料的众多单元以定方式连接成的离散物体。因此，用有限元分析计算所获得的结果只是近似值，但划分单元数目非常多且合理，则所获得的结果就与实际情况基本相符。单元特性分析选择位移模式在有限元法中，选择节点位移作为基本未知量时称为位移法选择节点力作为基本未知量时称为力法取部分节点力和部分节点位移作为基本未知量时称为混合法。位移法易于实现计算自动化，所以在有限元法中位移法应用范围最广。当采用位移法时，物体和结构体在离散化之后，就可以把单元中的些物理量，如位移应变和应力等用节点位移来表示，这时可以对单元中位移的分布采用些能逼近原函数的近似函数予以描述。通常，有限元法就将位移表示为坐标变量的简单函数，这种函数称为位移模式或位移函数。分析单元的力学性质根据单元的材料性质形状尺寸节点数目位置及其含义等，找出单元节点力和节点位移的关系式，这是单元分析中的关键步。此时需要应用弹性力学中的几何方程和物理方程来建立力和位移的方程式，从而导出单元刚度矩阵，这是有限元法的基本步骤之。计算等效节点力物体离散化后，假定力是通过节点从个单元传递到另个单元，但是对于实际的连续体，力是从单元的公共边传递到另个单元中去的。因而，这种作用在单元边界上的表面力体积力和集中力都需要等效地移到节点上去，也就是用等效的节点力来代替所有作用在单元上的力。单元组集利用结构力的平衡条件和边界条件把各个单元按原来的结构重新连接起来，形成整体的有限元方程其中是整体结构的刚度矩阵是节点位移列阵是载荷列阵。求解未知节点位移求解有限元方程式可以得出位移。这里，可以根据方程组的具体特点来选择合适的计算方法。通过上述分析可以看出，有限元的基本思想是“分合”，分是为了进行单元分析，合则是为了对整体结构进行综合分析。.软件简介软件是融合结构热流体电磁场声场和耦合场分析与体的大型通用有限元分析软件。它是由世界上最大的有限元分析软件公司之的美国公司开发的，并能与多数软件接口，实现数据的共享和交换，如等，是现代产品设计中的高级工具之。软件是第个通过质量认证的大型分析设计类软件，是美国机械工程师协会美国核安全局及近种专业技术协会认证的标准分析软件。在国内，它第个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院个部委推广使用。软件主要包括三部分前处理模块分析计算模块和后处理模块。前处理模块分析计算模块后处理模块。前处理模块提供了个强大的实体建模和网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型分析计算模块包括结构分析流体力学分析电磁场分析声场分析。压电分析及多物理场的耦合分析，可模拟多重物理介质的相互作用，具有灵敏度分析和优化分析能力后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示梯度显示矢量显示粒子流迹显示立体切片显示透明及半透明显示等图形方式显示出来。第章机床主轴组件理论设计计算.主轴主要参数的计算主轴的主要参数是主轴前端直径，主轴内径。主轴悬伸量和主轴支撑跨距。主轴前端直径主轴按电机功率如下表功率机床车床铣床及加工中心外圆磨床表车床铣床镗床加工中心等机床因装配的需要，主轴直径常是自前往后逐渐减小的。前轴颈直径大于后轴直径。对于车铣床般，由上表可取。因此可知由式子后端直径圆整后主轴内径主轴

（其他） ！！XK2001机床主轴组件建模与工程分析设计 毕业论文.doc

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