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深孔加工动力减振镗杆的有限元分析
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- 更新时间：2014-06-29
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- 摘要
随着金属加工行业的发展，市场竞争日益激烈，对加工质量和加工效率提出了越来越高的要求。深孔加工由于其特殊的加工环境，使镗杆杆体的尺寸和形状都要受到一定的限制，造成了镗杆的刚度较低，特别是在镗杆的长径比比较大的情况下，镗杆的刚度会更小，这将严重影响加工质量，甚至使加工无法正常进行。如何减小镗削过程中的振动已成为迫待解决的问题。
要研究镗杆的切削过程，就必须建立镗杆系统的动力学方程。而用传统的方法是不可能建立一个精确的动力学方程的。虚拟样机技术的出现提供了一个解决问题的方法。虚拟样机技术的核心是机械系统动力学、有限元理论和控制理论等建模理论及其技术的实现。有限元分析与机械系统仿真拥有相同的系统动力学求解基础，它们之间结合起来，可更好地实现机械系统刚柔耦合动力仿真分析研究。利用虚拟样机技术可实现机械系统动力学方程的自动生成并精确求解，可在研究阶段预测镗杆的动力学性能，对这些性能进行优化，以达到提高产品性能、缩短开发时间、减少开发费用的目的。
本文借鉴了国外先进的镗杆制造技术，采用内置式动力减振的结构来增加镗杆的动刚度，并对动力减振镗杆进行了结构设计，建立了减振系统的数学模型。在运动特性分析和结构优化中采用虚拟样机技术，利用ANSYS软件联合建立了减振系统的多柔体动力学模型。以减小镗削过程中刀刃的径向跳动量为目标对动力减振镗杆虚拟样机进行仿真优化分析，得出了减振系统的最优参数。
关键词:减振器；镗孔；虚拟样机；动力学仿真；参数化分析
目录
中文摘要...................................................................................................1
英文摘要...................................................................................................2
第一章 绪论
1.1课题研究的学术背景.....................................................................4
1.2减振镗杆的国内外研究水平和发展趋势.....................................5
1.3课题来源.................................................................................... ...6
1.4主要研究内容、设计方法........................................................ ...7
1.4.1主要研究内容..............................................................................7
1.4.2建立减振系统的数学模型..........................................................7
第二章 有限元分析软件ANSYS.
2.1有限元分析软件ANSYS简介......................................................8
2.2 ANSYS软件的组成......................................................................8
2.3ANSYS软件主要特点....................................................................9
第三章 减振系统结构设计与数学模型的建立
3.1镗杆杆体材料的选择................................ ...................................9
3.2镗杆的结构设计.............................................................................10
3.3阻尼器的设计........................................................................ .......10
3.3.1几种可选材料 ............................................................................10
3.4 阻尼液的选取 ............................................................................. 10
3.5弹簧的选择............................................................................... ....11
3.6可选材料的特性.............................................................................11
3.7弹簧材料的选取.............................................................................12
3.8减振块的设计........................................................................ .......13
3.9刀头的选择.............................................................................. .....13
3.9.1减振系统数学模型的建立 ........................................................13
3.9.2对切削力的分析 ........................................................................14
3.9.3系统运动方程的建立与求解 ....................................................14
第四章 模型建立
4.1多刚体动力学模型的建立.................................................. .........15
4.1.1模型的坐标系统........................................................................16
4.1.2模型的建立..............................................................................16
4.2多柔体动力学模型的建立...........................................................16
4.2.1模态中性文件的建立.......................................................... 16
4.2.2单元类型和材料参数............................................................17
4.2.3定义单元实常数....................................................................18
4.2.4有限元模型的建立................................................................19
4.2.5模态中性文件(mnf)的输出...................................................20
4.3 ADAMS与ANSYS的接口........................................................21
第五章 样机的仿真与参数化分析
5.1减振系统固有频率的求取.................................................. .......22
5.2减振系统当量质量的确定 ..........................................................23
5.3系统参数的确定 ................................................................... .....23
5.4模型在频域内的仿真结果...........................................................27
5.5结论.................................................................. ................... ......27
5.6参数分析................................................................. ....................32
5.7设计参数变量化.................................................................. .......32
5.8定义目标函数................................................................... ....... .32
5.9分析弹簧刚度系数对刀刃跳动量的影响...................................33
5.9.1分析阻尼系数对刀刃跳动量的影响......................................33
结论.............................................................................. ....................34
参考文献.............................................................................. ............34
附件、 外文资料..............................................................................37 ...
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