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本文應(yīng)用三維建模軟件Pro/E對(duì)旋轉(zhuǎn)體零件進(jìn)行建模，并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕托迯?fù)，以中間文件的形式導(dǎo)入ANSYS系統(tǒng)，建立對(duì)應(yīng)的有限元模型。材料屬性見表。主要材料參數(shù)材料彈性模量/GPa，密度/g.cm-3，泊松比HT300 130 7.35 0.27，有限元的網(wǎng)格包括數(shù)據(jù)和單元信息。正確劃分網(wǎng)格是進(jìn)行有限元分析的先決條件。網(wǎng)格單元尺寸越小，劃分越密集，求解精度也越高，同時(shí)求解過程持續(xù)時(shí)間也越長，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求越高；所以，應(yīng)該在滿足求解精度的前提下，合理劃分網(wǎng)格，以達(dá)到精、準(zhǔn)、快的要求。鑒于旋轉(zhuǎn)體底座結(jié)構(gòu)為空間不規(guī)則幾何體，故選用10節(jié)點(diǎn)的SOLID92塊單元，采用自由網(wǎng)格劃分，幾何體不規(guī)則部分采用協(xié)調(diào)分片算法自動(dòng)生成四面體，規(guī)則部分采用掃掠法產(chǎn)生六面體網(wǎng)格。劃分結(jié)果顯示細(xì)化水平為8，節(jié)點(diǎn)數(shù)為112 403個(gè)，單元個(gè)數(shù)65 896個(gè)。模型網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖所示。坐標(biāo)軸的建立：X方向?yàn)樾D(zhuǎn)體水平方向；Y方向?yàn)樾D(zhuǎn)體垂直方向，即重力方向；Z 方向與主軸進(jìn)給方向一致。
根據(jù)旋轉(zhuǎn)體安裝位置特點(diǎn)，其于主軸的軸端相連，約束應(yīng)該施加在跟主軸相連的連接孔上，單獨(dú)分析旋轉(zhuǎn)體時(shí)，把內(nèi)孔節(jié)點(diǎn)的連接位置看做不變量，實(shí)行完全約束。旋轉(zhuǎn)體一方面還受其自身重力的影響，另一方面在豎直方面上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)額定最大轉(zhuǎn)速計(jì)算出轉(zhuǎn)速為41.6 r/s。其余各受力、載荷見前文受力分析。ANSYS軟件求解模塊進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)束后旋轉(zhuǎn)體的變形及應(yīng)力如圖所示。
由圖可以看出，X方向上最大變形值為6.059 um，Y方向上最大變形值為7.607 um，Z方向上最大變形值為17.466 um，其總結(jié)構(gòu)變形圖上顯示變形值大部分區(qū)間0~1.2 um。最大變形出現(xiàn)在遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)體中心最遠(yuǎn)邊緣處受力最大的地方，故其變形也最大，其剛度為6.7×103 N/um。上述數(shù)據(jù)表明，旋轉(zhuǎn)體的重力變形以及旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力不可忽視。為提高其靜剛度，增強(qiáng)其抵抗變形的能力，應(yīng)考慮筋板的結(jié)構(gòu)形式及合理分布。
執(zhí)行動(dòng)力學(xué)分析的第１步通常是計(jì)算忽略阻尼情況下的固有頻率和振型，模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，通過模態(tài)分析方法可知結(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)的各階主要模態(tài)的特性，就可以預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下產(chǎn)生的實(shí)際振動(dòng)影響。因?yàn)榈碗A振型對(duì)旋轉(zhuǎn)體振動(dòng)特性影響比較大，所以只對(duì)旋轉(zhuǎn)體的前6階模態(tài)頻率進(jìn)行分析。分析結(jié)果見表，前6階模態(tài)振型圖如圖所示。
由表可以看出，旋轉(zhuǎn)體最低階頻率為153 Hz，其附屬旋轉(zhuǎn)件刀具的額定轉(zhuǎn)速為8.3 r/s，絲杠的轉(zhuǎn)速為33.3 r/s，旋轉(zhuǎn)體的最低階頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其附屬旋轉(zhuǎn)件的最高頻率。所以該旋轉(zhuǎn)體避開了固有頻率和激振頻率的共振，具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。由前6階振型圖可以看出，在各階振型下，旋轉(zhuǎn)體邊緣尤其是約束點(diǎn)軸線兩側(cè)有相對(duì)的位移，若需要進(jìn)一步提高該零件的剛度，可以采取在外圓周加強(qiáng)厚度等一系列措施。
諧響應(yīng)分析是用于確定線性結(jié)構(gòu)在承受隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的載荷時(shí)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)，分析的是計(jì)算出結(jié)構(gòu)在激振力頻率下的響應(yīng)，即響應(yīng)位移與響應(yīng)應(yīng)力，并得到系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)與系統(tǒng)振動(dòng)頻率的曲線。模態(tài)分析可得到旋轉(zhuǎn)體各階振型，表示整體的相對(duì)振動(dòng)情況，而外力激勵(lì)下各階振型對(duì)整體振動(dòng)作用大小是不同的，因此對(duì)旋轉(zhuǎn)體進(jìn)行諧響應(yīng)分析可更清楚地看出旋轉(zhuǎn)體在動(dòng)態(tài)銑削力干擾下的抗振性能。
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