基于ANSYS的直驱摆头动力刀架模态分析.pdf

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1、第4期机械设计与制造2013年4月MachineryDesign&Manufacturel3l基于ANSYS的直驱摆头动力刀架模态分析谢黎明．一，王春彬，靳岚，一，冶美英(1．兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室，甘肃兰州730050；2．兰州理工大学机电工程学院，甘肃兰州730050)摘要：利用三维建模软件Pr0／E建立直驱摆头动力刀架的几何模型，导入到有限元分析软件ANSYS中，建立直驱摆头动力刀架的有限元模型。分别对在车削工况和铣削工况时的直驱摆头动力刀架进行模态分析，得到其前五阶固有频率和振型。直驱摆头动力刀架模态分析的结果表明其结

2、构设计合理，在车削工况和铣削工况时均不会发生共振。该模态分析为机床工作转速的确定提供了参考依据，为直驱摆头动力刀架的设计、试验模态分析及谐响应分析等提供重要的理论支持。关键词：直驱摆头动力刀架；模态分析：有限元方法中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)04—0131-03ModalAnalysisoftheDirect-DriveSwingPowerTurretBasedonANSYSXIELi-ming'’WANGChun-bin’JINLan，YEMei—ying(1．KeyLaboratoryofDigitalMan

3、ufacturingTechnologyandApplication，theMinistryofEducaLion。LanzhouUniversityofTechnology，GansuLanzhou730050，China；2．SchoolofMechanicalandElectricalEngineeciug，LanzhouUniversityofTechnology，GansuLanzhou730050，China)Abstract：Thegeometricmodelofthedirect-driveswingpowerturretwo$created

4、bythethree-dimensionalSOfiWarePro／E，andW08importedintoANSYS，establishingfiniteelementmoda1．Usingfiniteelementmethod，modalanalysisofthedirect-&iveswingpowerturretofturningconditionandmillingcondhionweredone，anditsfirstfiveordersnaturalfrequencyandmodeshapesweregot．Themodalanalysispr

5、ovidesguidanceforselectingworkingspeedofmachine，andprovidesimportanttheorysupportfordesign，experimentalmodalanalysisandharmon&analysisofdirect—driveswingpowerturret．KeyWords：Direct-DriveSwingPowerTurret；ModalAnalysis；FiniteElementMethod1引言动态特性的重要参考指标，也是进行谐响应分析、瞬态动力学分析的基础。这里所研究的动梁无滑

6、枕立式铣车复合加工中心采用直驱首先根据系统模型建立微分方程：摆头动力刀架和直驱转台的形式实现五轴联动。直驱摆头动力刀．架具有以下优点：(1)直接驱动，省去了中间传动环节，结构简单紧[M]{}+[c]{}+[K]{}=t)(1)根据此方程，用有限元法对该方程进行求解，评估系统的动凑；(2)传动效率高，能量损失少；(3)传动精度高。由于刀具装在直驱摆头动力刀架上，所以直驱摆头动力刀架的动态特陛直接影响整力特性。式中：[]一总体质量矩阵；机的加工质量；并且国内对直驱摆头动力刀架的动态特性研究较[c]一阻尼矩阵；少，因此研究其动态特性，对其进行模态分析是十分必要的。

7、[]—刚度矩阵；首先利用三维建模软件Pro／E建立直驱摆头动力刀架的几(￡)—节点位移；何模型，采用有限元方法对直驱摆头动力刀架进行模态分析，得)一节点载荷。到其固有频率和振型。通过分析直驱摆头动力刀架的固有频率，当弹性体的动力基本方程中的外力向量t)：0，即不受外得到了其临界转速，为工作转速的确定提供了参考依据；同时，直力作用时，便可得系统的自由振动方程：驱摆头动力刀架的有限元模态分析结果也为后续的试验模态分析和谐响应分析提供了理论支持。[]{}+[c]{}+[]{}=0(2)2模态分析理论由于在自由振动时阻尼对结构的固有频率和振型影响不大，所以，可通过无

8、阻尼自由振动情况来求解固有频率和振型[1】。模态分析