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机械工程师 2017年第3期 8-10页

作者：张峰江阴职业技术学院机电工程系江苏江阴214405

以电梯曳引机中的主轴为研究对象,对主轴进行了详细的计算,其主要包括强度计算、刚度计算以及疲劳强度计算。通过计算得知:主轴危险截面的弯曲应力分别为31.71 MPa与22.91 MPa,小于材料的许用弯曲极限,即强度满足要求。主轴危险截面的... 详细信息

以电梯曳引机中的主轴为研究对象,对主轴进行了详细的计算,其主要包括强度计算、刚度计算以及疲劳强度计算。通过计算得知:主轴危险截面的弯曲应力分别为31.71 MPa与22.91 MPa,小于材料的许用弯曲极限,即强度满足要求。主轴危险截面的挠度分别为0.0374 mm及0.0375 mm,小于电机气隙的0.1倍(0.1 mm),即刚度满足要求。此外,利用ANSYS有限元软件对主轴进行优化,使得单根主轴节省约17.38元,从而极大地节省了企业的生产成本。

关键词：电梯曳引机主轴优化设计计算有限元分析

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高速磨床电主轴热刚度耦合模型的分析与优化

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东华大学学报（自然科学版） 2012年第4期38卷 471-474页

作者：庞静珠李蓓智杨建国邬舟平东华大学机械工程学院上海201620

提出了基于Timoshenko梁理论的主轴刚度与热的耦合模型,基于有限元方法,通过研究电主轴主要结构参数与润滑方式对主轴刚度和前轴承温升的影响,模拟了主轴的刚度与热性能,给出了高速电主轴系统优化方案.研究结果表明,选用油气润滑方式,... 详细信息

提出了基于Timoshenko梁理论的主轴刚度与热的耦合模型,基于有限元方法,通过研究电主轴主要结构参数与润滑方式对主轴刚度和前轴承温升的影响,模拟了主轴的刚度与热性能,给出了高速电主轴系统优化方案.研究结果表明,选用油气润滑方式,当滚珠直径为10.25mm、主轴直径为100mm时,优化后前轴承的温升从优化前的26.2℃降低至22.0℃,相应地,主轴刚度从195N/μm增加至220N/μm.

关键词：高速电主轴刚度热性能主轴优化

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基于NSGA-Ⅱ算法的低碳机床主轴多目标优化设计

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制造技术与机床 2017年第12期 31-34,43页

作者：张景尧刘志杰惠东林大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院辽宁大连116026

机床加工过程能耗及碳排放分析表明,主轴转动惯量是影响机床能耗和碳排放的重要因素之一。考虑弯矩和剪力对主轴刚度的影响,以机床主轴刚度最大和转动惯量最小作为优化目标,以强度、刚度和扭转等受载变形作为约束条件,建立面向高质、低... 详细信息

机床加工过程能耗及碳排放分析表明,主轴转动惯量是影响机床能耗和碳排放的重要因素之一。考虑弯矩和剪力对主轴刚度的影响,以机床主轴刚度最大和转动惯量最小作为优化目标,以强度、刚度和扭转等受载变形作为约束条件,建立面向高质、低碳的机床主轴多目标优化模型;采用多目标进化算法NSGA-Ⅱ求解,获得Pareto最优解集,为选择最优主轴结构参数提供支持。机床主轴设计案例分析表明,通过提高机床主轴刚度、减小转动惯量,有效地降低了机床加工过程碳排放。

关键词：低碳机床主轴优化碳排放转动惯量 NSGA-Ⅱ

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重型高精度惯性摩擦焊机主轴动态特性分析及结构优化

重型高精度惯性摩擦焊机主轴动态特性分析及结构优化

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作者：金权长春工业大学

学位级别：硕士

摩擦焊(Friction Welding,FW)是一种利用焊件相对摩擦运动所产生的热量进行材料连接的压力焊接方法。随着摩擦焊机床的不断发展,惯性摩擦焊(Inertia Friction Welding,IFW)技术被广泛应用于商用大飞机发动机的制造,是制约我国商用大飞... 详细信息

摩擦焊(Friction Welding,FW)是一种利用焊件相对摩擦运动所产生的热量进行材料连接的压力焊接方法。随着摩擦焊机床的不断发展,惯性摩擦焊(Inertia Friction Welding,IFW)技术被广泛应用于商用大飞机发动机的制造,是制约我国商用大飞机研制的“卡脖子”关键工艺技术。而影响机床性能的最主要部件之一为机床主轴,为了提高机床主轴的精度和稳定性,研究其动静态性能是最为重要的一环。同时,为了满足既能缩短分析时间又能降低成本的需求,需要在主轴的分析与优化系统等方面进行必要的研究。本文采用转子动力学理论探究重型高精度惯性摩擦焊机主轴系统临界转速及不平衡响应在不同节点位置的变化规律,并为了降低成本对其进行尺寸优化,本文主轴的工作概况如下;(1)为提高分析效率,针对惯性焊机飞轮可拆卸组合的特点,应用主轴系统等效集中质量建模方法。采用将惯性飞轮集等效成集中质量点的方式,将其插入到主轴系统质量模型中,建立了主轴-飞轮系统等效模型。(2)采用Riccati传递矩阵方法,计算分析了所建立主轴系统集中质量模型的临界转速,并探讨了轴承刚度、惯性飞轮组合形式以及轴承轴向支承位置等因素对主轴系统临界转速的影响。分析结果表明:轴承刚度与主轴临界转速成正比,飞轮组合质量与主轴临界转速成反比,且主轴的悬伸量是影响其系统临界转速的关键因素之一。不平衡质量分布越靠近主轴前端,主轴系统在二阶固有频率下振动响应越大。(3)建立了主轴系统有限元模型,进行静力学和动力学仿真分析。将有限元分析结果与等效集中质量模型分析结果进行比较后发现,等效集中质量模型的分析结果误差在2%以内,表明该模型具有可接受的精度,相比于建模精细但计算时间冗长的有限元法,应用等效集中模型方法不仅精度得到保障且计算时间更短,证明本文所提出建模方法的有效合理性。(4)应用OSF(Optimal Space-Filling Design)算法建立标准二阶响应面模型,并利用ANSYS Workbench软件中Design Exploration模块的MOGA(Multi-Objective Genetic Algorithm)算法进行响应面优化,优化后的主轴最大临界转速提升了12.22%。重量降低了13.53%。最大变形量降低了23.75%,优化后的性能均得到了一定程度的提升,为惯性摩擦焊机主轴系统的设计提供了理论依据。

关键词：惯性摩擦焊机传递矩阵有限元分析主轴优化

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试验系统用小型钻孔支护机器人的设计及研究

试验系统用小型钻孔支护机器人的设计及研究

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作者：刘易哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

本论文基于“深部巷道/隧道动力灾害物理模拟实验系统”。此模拟系统旨在通过在岩石模型上施加压力以模拟实际岩石受力情况,并在其基础上进行开挖的同时进行钻孔支护与检测,来探究岩石内部动力灾害的成因与机理。本论文研究的钻孔支护... 详细信息

本论文基于“深部巷道/隧道动力灾害物理模拟实验系统”。此模拟系统旨在通过在岩石模型上施加压力以模拟实际岩石受力情况,并在其基础上进行开挖的同时进行钻孔支护与检测,来探究岩石内部动力灾害的成因与机理。本论文研究的钻孔支护机器人是整个模拟试验系统中的支护环节所需部分。根据课题项目要求,需设计一种能够完成支护环节的钻孔及支护任务的机器人。预期是能够针对不同材料和钻孔支护指标要求,完成在狭小空间内的钻孔及支护任务。同时要求机器人具有一定的定位精度和稳定性。首先,通过对国内外相关资料的查阅和学习目前锚杆钻机及锚杆支护技术的现状,并对相关机器人进行了总结和分析,通过缩放等的形式,为本论文的小型钻孔支护机器人的设计提供了设计参考;结合钻孔锚杆技术和物理模拟试验系统的技术要求,选取并计算出初步的钻削参数,并设计出钻孔支护机器人的主要结构:主要包括轴向行进机构、径向旋转机构、钻孔机构、支护机构等主要机构;并对这些机构进行了静力学分析以确保机构满足要求;同时对主轴进行了优化设计,在减轻总体质量的同时得到末端挠度最小的最优解。其次,根据实际情况,详细阐述支护机器人的工作过程并制定最省时的工序,同时依据D-H法对机器人进行正、逆向运动学分析,为后续制定控制策略提供依据;对主轴及钻头进行模态分析,以保证机器人运转工程中不发生共振。再次,制定驱动系统,对相关驱动电机进行选型计算,并对所选的钻头驱动电机进行钻头转速和进给量的匹配关系的推导,以保证机器人在钻孔过程中能够保持稳定,上位机与下位机的匹配等等,以实现对机器人的远程控制和监测。最后,以钻孔支护机器人为主要设备进行实验,主要针对不同的材料进行钻孔及支护过程实验,主要包括行走实验、旋转实验、钻孔与支护实验等,主要验证机器人轴向进给及径向旋转的精度与稳定性、钻孔过程中钻头的精度与稳定性等;再通过在不同材料上进行钻孔与支护实验来验证机器人能按照要求完成预期钻孔及支护任务,即机器人能够完成试验系统支护环节所需的钻孔与支护任务。

关键词：小型钻孔锚杆支护主轴优化电机控制

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开卷机关键部件的有限元分析及尺寸优化

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作者：王岩内蒙古科技大学

学位级别：硕士

开卷机作为各类板材校平过程中的专用机床,可组成开卷、校平生产线。本课题来源于济南锐孚工程机械有限公司为河北凌云工业集团有限公司提供的开卷、校平、冲孔、冷弯成型、切断自动化加工生产线，该生产线主要为大众和比亚迪汽车生产... 详细信息

开卷机作为各类板材校平过程中的专用机床,可组成开卷、校平生产线。本课题来源于济南锐孚工程机械有限公司为河北凌云工业集团有限公司提供的开卷、校平、冲孔、冷弯成型、切断自动化加工生产线，该生产线主要为大众和比亚迪汽车生产汽车保险杠及U型梁。开卷机是该生产线中的关键设备，该生产线采用的开卷机为我们根据生产要求及现场条件改进后加工后制造而成，在设计时本着安全系数就高不就低的原则，导致其主要零部件主轴及扇形板结构比较笨重，针对设计时安全系数选取过大这一问题，本文通过大量的文献资料查询,确定使用workbench13.0软件对开卷机装配体中主轴、扇形板来进行有限元模拟分析或尺寸优化。国内外对开卷机的分析主要集中在将各种工况简化、等效来单独分析主轴或扇形板，但是该方法与实际工况相差较大。为了使开卷机主轴及扇形板的有限元分析更符合实际工况，本文对开卷机整个装配体进行有限元分析，重点介绍了用workbench对开卷机主轴及扇形板进行静态、动态的应力、变形分析以及后续对主轴的优化，其主要研究内容及结论如下：(l)开卷机三维实体建模：首先用UG8.0对开卷机关键部件进行建模、装配，随后对装配体进行检查看其是否有干涉现象。干涉检查会优化生产设计，节约材料，干涉检查无误是进行后续有限元分析的重要前提;(2)平行四连杆开卷机装配体静态研究：用workbench在无需将各种工况简化等效的情况下对开卷机装配体进行静态有限元分析，该方法能够一次性方便快捷的得到主轴、扇形板的变形云图和应力分布图，其分析结果更符合实际;(3)开卷机装配体瞬态动力学研究：经过对开卷机进行瞬态动力学分析后,我们获得主轴及扇形板在瞬态时的应力、应变图。结果显示在开卷机启动时，应力随着开卷转速的增加而迅速增大但各部件强度、刚度均满足设计要求;(4)主轴的优化分析：以尺寸优化设计理论为基础，采用目标驱动优化法对开卷机主轴进行轻量化优化，其优化结果表明，主轴质量有较大减小（减小了12.54%）。主轴的强度、刚度都满足最初设计要求，取得较好优化效果。经过对开卷机进行静态、动态仿真分析和对主轴进行的轻量化优化设计，提高了中小企业的设计水准并对自行设计制造开卷机有一定的借鉴意义。

关键词：开卷机装配体静态分析瞬态动力学分析主轴优化

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