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《機床主軸結(jié)構(gòu)現(xiàn)代設(shè)計方法.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、一、主軸的優(yōu)化設(shè)計一、建立數(shù)學(xué)模型對圖1所示的主軸進行優(yōu)化設(shè)計，已知主軸的內(nèi)徑d=30mm，外力F=15000N，許用撓度y=0.05mm。設(shè)計變量的初值、上下限值列于表1中。表1初始數(shù)據(jù)設(shè)計變量X1X2X3初始值480100120下限值3006090上限值650140150圖1機床主軸的受力簡圖1）確定目標(biāo)函數(shù)圖1是一個已經(jīng)簡化的機床主軸。在設(shè)計主軸時，有兩個重要的因素需要考慮。一是主軸的自重；一是主軸伸出端c點的撓度。對于普通機床，并不追求過高的加工精度，對機床主軸的優(yōu)化設(shè)計，以選取主軸的自
2、重最輕為目標(biāo)，外伸端的撓度為約束條件。則目標(biāo)函數(shù)為：f(x)=2）確定設(shè)計變量主軸的材料選擇為普通鋼，設(shè)計方案由四個設(shè)計變量決定。即孔徑d、外徑D、跨L以及外伸端長度a。由于機床主軸內(nèi)孔常用于待加工的棒料，其大小由機床型號決定，不能作為設(shè)計變量。故設(shè)計變量取為x=[X1x2x3]=[LDa]3）約束條件主軸的剛度是一個重要的性能指標(biāo)，其懸伸端的撓度y不得超過規(guī)定值[y]，其中[y]=0.05mm，據(jù)此建立性能約束g(x)=y-[y]即g(x)=y-0.05在外力F給定的情況下，y是設(shè)計變量x的函
3、數(shù)，其值按下式計算式中則通常應(yīng)考慮主軸內(nèi)最大應(yīng)力不得超過許用應(yīng)力。由于機床主軸對剛度要求比較高，當(dāng)滿足剛度要求時，強度尚有余量，因此應(yīng)力約束條件可不考慮。邊界條件為設(shè)計變量的取值范圍，即4）建立數(shù)學(xué)模型minf(x)=二、進行程序編制1）目標(biāo)程序設(shè)計%2——主軸自重最輕為目標(biāo)functionf=zzyh_f(x)f=(3.14*0.0078*(x(1)+x(3))*(x(2)^2-30^2))/42）約束函數(shù)程序設(shè)計%3——機床主軸優(yōu)化設(shè)計的非線性不等式約束函數(shù)（zzyh-g）function[
4、g,ceq]=zzyh_g(x)g(1)=64*15000*x(3)^2*(x(1)+x(3))/(3*210000*3.14*(x(2)^4-30^4)*0.05)-1ceq=[]3）主程序設(shè)計%機床主軸的跨距，懸伸量、外徑的優(yōu)化設(shè)計%1——機床主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主程序%設(shè)計變量的初始值x0=[480;100;120]；%設(shè)計變量的上界與下界lb=[300;60;90]ub=[650;140;150]%使用多維約束優(yōu)化命令fmincon（調(diào)用目標(biāo)函數(shù)zzyh-f和非線性約束函數(shù)zzyh-g）%定
5、義線性不等式約束中設(shè)計變量的系數(shù)矩陣a=[]和常數(shù)項向量b[]%沒有等式約束，則參數(shù)：系數(shù)矩陣Aeq=[]和常數(shù)項向量b=[][x,fn]=fmincon(@zzyh_f,x0,[],[],[],[],lb,ub,@zzyh_g)4）主程序的運行結(jié)果程序的迭代過程和運行結(jié)果>>x0=[480;100;120]x0=480100120>>lb=[300;60;90]lb=3006090>>ub=[650;140;150]ub=650140150>>[x,fn]=fmincon(@zzyh_f,x0
6、,[],[],[],[],lb,ub,@zzyh_g)x=300.000074.899090.0000fn=1.1247e+004一、建立有限元模型根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果，進行主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用SolidWorks軟件建立三維模型，如下。二、機床主軸的有限元分析二、靜力學(xué)分析1、靜力學(xué)分析的過程1）用SolidWorks軟件打開主軸模型，然后用用插件cosmosworks對主軸模型進行有限元分析。創(chuàng)建靜力研究。2）對模型定義材料，在SolidWorks材料庫中選擇普通碳鋼45鋼。3）對模型添加載荷和約束
7、。由于機床主軸在運行過程中要受到刀具或工件對前端的力，以及軸承的約束。4）對模型進行網(wǎng)格劃分，然后運行靜力研究。網(wǎng)格化后如圖所示：主軸網(wǎng)格模型2、靜力學(xué)結(jié)果分析1）、應(yīng)力結(jié)果最大應(yīng)力和最小應(yīng)力發(fā)生的位置如表名稱類型最小位置最大位置圖解1VON:vonMises應(yīng)力0.0189002N/m^2節(jié):280(-25mm,3.06162e-015mm,410mm)9368.33N/m^2節(jié):6159(-9.49949e-008mm,40mm,2mm)主軸應(yīng)力云圖2）、位移結(jié)果最大位移和最小位移的大小和位
8、置圖表名稱類型最小位置最大位置圖解1URES:合力位移0m節(jié):294(13.75mm,23.8157mm,390mm)5.76751e-005m節(jié):6162(-8.67362e-016mm,40mm,0mm)主軸位移云圖
