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凸轮轴装配机悬臂式机架的有限元分析及优化设计

作　者: 李华军
导　师: 金文明
学　校: 吉林大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 装配机 机架 有限元分析 静力学分析 模态分析 瞬态响应分析 优化设计
分类号: TH133.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


装配式凸轮轴作为一种新技术,将凸轮轴的设计、材料的选择、性能分析三者结合起来,可减低发动机成本、减轻发动机的重量、提高发动机的性能,具有广阔的发展和应用前景。滚花装配式凸轮轴悬臂式数控装配机是一种高效、快捷的凸轮轴生产设备,采用滚花连接方法的凸轮轴装配工艺在各种装配式凸轮轴制造工艺中具有独特的优势。机架是该设备的基础支撑部件和其它部件的安装定位基础,本文对该设备的机架进行了研究。本文主要对滚花装配式凸轮轴悬臂式数控装配机机架进行了有限元分析和优化设计。通过对装配式凸轮轴制造工艺和装配式凸轮轴悬臂式数控装配机的研究,利用有限元分析的理论基础和有限元分析软件对本课题的内容进行了研究,制定出了机架的有限元结构分析方案,对机架进行了有限元静力学结构分析、模态分析和有限元瞬态响应结构分析,得到了机架在各种载荷作用下的整体变形情况,应力、应变和位移分布情况,根据分析结果,对机架的两个部位进行了结构优化设计,提出了提高刚度和减轻重量的机架结构改进方案,并对结构改进后的机架进行模态分析,结果表明,改进后的机架设计方案减轻了机架的重量和改善了结构的振动特性,提高了设计质量。这对于了解现有的结构并进而改善其性能具有重要意义,并且给滚花装配式凸轮轴悬臂式数控装配机的整体设计提供了理论依据。

全文目录


提要  4-9
第一章 绪论  9-25
  1.1 选题依据与目的及意义  9-11
    1.1.1 课题来源  9-10
    1.1.2 课题研究目的及意义  10-11
  1.2 装配式凸轮轴制造工艺与应用现状  11-18
    1.2.1 国外装配式凸轮轴制造工艺与应用现状  11-15
    1.2.2 国内装配式凸轮轴制造工艺与应用现状  15-16
    1.2.3 装配式凸轮轴技术优势与发展趋势  16-18
  1.3 结构设计分析方法的发展与应用现状  18-20
    1.3.1 传统的结构设计分析方法  18-19
    1.3.2 现代的结构设计分析方法  19-20
  1.4 有限元法的发展与应用现状  20-23
    1.4.1 有限元法的发展  20-21
    1.4.2 有限元分析方法的应用现状  21-22
    1.4.3 模态分析技术及应用现状  22-23
  1.5 论文主要研究内容及方法  23-25
    1.5.1 论文主要研究内容  23
    1.5.2 采取的研究方案和方法  23-25
第二章 机架有限元分析的理论基础  25-37
  2.1 装配式凸轮轴悬臂式数控装配机  25-31
    2.1.1 装配式凸轮轴悬臂式数控装配机简介  25
    2.1.2 设备的主要技术参数  25
    2.1.3 设备的组成及功能  25-27
    2.1.4 设备的结构特点  27-29
    2.1.5 设备的工作原理  29-31
    2.1.6 设备的优点  31
  2.2 有限元分析的理论基础  31-33
    2.2.1 有限元法简述  31
    2.2.2 有限元法的技术路线  31-32
    2.2.3 有限元方法基本求解过程  32-33
  2.3 有限元分析软件的选择  33-35
    2.3.1 有限元分析软件  33
    2.3.2 ANSYS 有限元分析软件  33-35
  2.4 机架的有限元结构分析方案  35-36
  2.5 本章小结  36-37
第三章 机架的静力学结构分析  37-55
  3.1 有限元静力学结构分析的理论基础  37-40
    3.1.1 结构静态分析  37-38
    3.1.2 有限元法静力分析基本理论  38-39
    3.1.3 ANSYS 结构静力分析概述  39-40
  3.2 机架的受力分析和力学模型的建立  40-42
    3.2.1 机架受力分析  40
    3.2.2 力学模型建立  40-42
  3.3 机架的静力学结构分析  42-48
    3.3.1 机架实体建模  42-44
    3.3.2 有限元建模  44-46
    3.3.3 加载求解  46-47
    3.3.4 观察计算结果  47-48
  3.4 静态计算结果分析评价  48-54
    3.4.1 位移计算结果的分析评价  48-51
    3.4.2 应力计算结果的分析评价  51-54
  3.5 本章小结  54-55
第四章 机架的模态分析  55-68
  4.1 有限元模态分析理论基础  55-59
    4.1.1 模态分析概述  55-56
    4.1.2 有限元模态分析理论  56-57
    4.1.3 模态分析的应用  57
    4.1.4 ANSYS 模态分析  57-59
  4.2 机架的模态分析  59-61
    4.2.1 有限元模型的建立  59-60
    4.2.2 计算频率范围的选取  60
    4.2.3 加载并求解  60
    4.2.4 模态扩展  60-61
    4.2.5 观察计算结果  61
  4.3 机架的模态计算结果分析  61-66
  4.4 本章小结  66-68
第五章 机架的动态响应结构分析  68-79
  5.1 有限元动态响应分析基础  68-70
    5.1.1 有限元动态响应分析的方法  68-69
    5.1.2 瞬态动力学分析的理论  69
    5.1.3 ANSYS 瞬态响应分析  69-70
  5.2 机架动载荷下的受力分析  70
  5.3 机架的瞬态响应分析  70-73
    5.3.1 机架有限元模型的建立  70-71
    5.3.2 求解方法的选择  71
    5.3.3 加载及求解  71-72
    5.3.4 后处理  72-73
  5.4 瞬态响应计算结果的分析评价  73-76
    5.4.1 应力计算结果的分析评价  73-74
    5.4.2 位移计算结果的分析评价  74-76
  5.5 机架静动态载荷下分析结果的比较  76-77
  5.6 本章小结  77-79
第六章 机架的优化设计  79-88
  6.1 优化设计的理论基础  79-81
    6.1.1 优化设计的概述  79-80
    6.1.2 优化设计的关键技术与理论  80-81
    6.1.3 机架优化设计的步骤  81
    6.1.4 机架优化设计的方面  81
  6.2 工作台的优化  81-84
    6.2.1 工作台的改进  81-83
    6.2.2 改进机架的模态分析  83-84
  6.3 立柱的优化  84-87
    6.3.1 立柱的改进  84-86
    6.3.2 改进机架的模态分析  86-87
  6.4 本章小结  87-88
第七章 结论与展望  88-91
  7.1 结论  88-89
  7.2 展望  89-91
参考文献  91-97
摘要  97-99
ABSTRACT  99-102
致谢  102-103
导师及作者简介  103

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 转动机件 > 轴
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