CN103353906A - 一种转台台面受力变形分析方法 - Google Patents
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Abstract
一种转台台面的受力变形分析方法，首先依据陕西理工学院机制实验室的转台实体，进行台面的数据测量；根据测取的台面数据，采用CAD软件Pro/ENGINEER建立转台台面参数化的几何模型；将CAD转台台面参数化的几何模型存成IGES格式文件；把转台台面的IGES格式文件导入CAE软件ANSYS中，设定相关的属性参数；在CAE软件中对转台参数化几何模型进行网格划分；在CAE软件中根据转台台面的实际工作条件，设定约束条件和施加载荷；在CAE软件中进行求解计算，观察分析结果。
Description
1、所属技术领域
本发明属于CAD/CAE技术领域，涉及一种转台台面受力变形分析方法。
2、背景技术
生产中，转台是机床的附件之一，其功能可以承载被加工工件作回转运动，工件的加工精度取决于转台的台面的回转精度，由于转台的台面在回转过程中会受到工件的重力、外在的驱动力及转台自身的重量的影响，导致转台台面的工艺结构在工作过程中会发生一定的微变形量，该微变形量直接制约被加工件的加工精度。
3、发明内容
为了减小台面微变形量对转台工作性能和工件加工精度的影响，本发明提出一种转台台面的受力变形分析方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)首先依据陕西理工学院机制实验室的转台实体，进行台面的数据测量；
2)根据测取的台面数据，采用CAD软件Pro/ENGINEER建立转台台面参数化的几何模型；
3)将CAD转台台面参数化的几何模型存成IGES格式文件；
4)把转台台面的IGES格式文件导入CAE软件ANSYS中，设定相关的属性参数；
5)在CAE软件中对转台参数化几何模型进行网格划分；
6)在CAE软件中根据转台台面的实际工作条件，设定约束条件和施加载荷；
7)在CAE软件中进行求解计算，观察分析结果。
其具体的步骤如下：
第一步，测绘转台台面的尺寸
依据陕西理工学院机制实验室的转台实体，进行台面的数据测量，并进行及相应的数据计算，具体参数：工作台台面直径：250mm；工作台面的厚度：50mm；工作台面的最大回转速度：11r/min；台面水平最大承载能力5000kg；台面连接轴直径32mm，长度60mm；台面“T”型槽的深度18mm，上宽度12mm，下宽度22mm；回转工作台台面材料：45钢；台面回转最大角速度：1.1618rad/s；
第二步，转台台面参数化建模与文件存储
根据测取的台面数据，采用CAD软件Pro/ENGINEER建立转台台面参数化的几何模型，并存储成IGES格式文件；
第三步，台面参数化模型的导入
把转台台面的IGES文件导入CAE软件ANSYS中，单元类型的选择选择Solid92，定义转台台面的材料特性，台面的材料为45钢，拟定弹性模量为2.06e11pa，泊松比为0.3，密度为7800kg/m3均为各向同性材料；
第四步，转台模型的网格划分
根据网格划分的原则，单元形状为三角形单元，采用手动自由网格划分，在单元大小设置选项卡中设置SIZE Element edge length为0.020，考虑到实际情况，应增加单元个数，以求算出精确的受力情况，这里选用单元长度为20，如果选用单元长度为10则单元数太多计算太耗时，整个网格划分，控制单元形状尽可能规则，避免形状畸形，划分完毕后共有650000个单元；
第五步，设定约束条件和施加载荷
设定约束条件：台面下端面上的轴与机座上孔座的内圆周面固定，此处限制了X轴方向，Y轴方向，而可以绕Z轴旋转；台面底部中心平面与蜗轮固定处，此约束为完全约束，即X轴方向，Y轴方向，Z轴方向完全被约束死，因为此处是用螺栓将台面与蜗轮完全固定的；台面底部边缘与机座处，此处底座起到一个支撑台面的作用，因此需要施加Z轴方向的位移；台面T型槽与螺母固定处，将此处简化为T型槽上底面的Z方向约束；因为台面上表面受工件对其压力，同时考虑到简化分析施加载荷，因此选择对工作台整个台面加载均匀分布载荷。最终确定在Z轴方向上施加均匀载荷；
第六步，进行求解计算及结果显示
通过Solution进入自动求解过程，完成求解进程；通过ANSYS计算，分别显示了不同部位的应力大小，从图中可以看出应力的最大点出现在台面下底面凹槽圆弧过度处，出现危险点，有可能产生应力集中。与实际情况也比较相符；T型处受力也较大，主要体现在棱角处，与实际情况相吻合；最小应力出现在台面边缘最厚的地方，实际中该处几乎不受力，因此符合实际。
4、附图说明
图1为本发明的技术路线图；
图2为本发明转台台面参数化的几何模型；
图3为本发明转台台面网格划分后的模型；
图4为本发明转台台面求解后的变形结果；
图中，1-转轴；2-台面；3-中心孔；4-T型槽。
5、具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参考图1，本发明的过程如下：
1)首先依据陕西理工学院机制实验室的转台实体，进行台面的数据测量；
2)根据测取的台面数据，采用CAD软件Pro/ENGINEER建立转台台面参数化的几何模型；
3)将CAD转台台面参数化的几何模型存成IGES格式文件；
4)把转台台面的IGES格式文件导入CAE软件ANSYS中，设定相关的属性参数；
5)在CAE软件中对转台参数化几何模型进行网格划分；
6)在CAE软件中根据转台台面的实际工作条件，设定约束条件和施加载荷；
7)在CAE软件中进行求解计算，观察分析结果。
其具体的步骤如下：
第一步，测绘转台台面的尺寸
依据陕西理工学院机制实验室的转台实体，进行台面的数据测量，并进行及相应的数据计算，具体参数：工作台台面直径：250mm；工作台面的厚度：50mm；工作台面的最大回转速度：11r/min；台面水平最大承载能力5000kg；台面连接轴直径32mm，长度60mm；台面“T”型槽的深度18mm，上宽度12mm，下宽度22mm；回转工作台台面材料：45钢；台面回转最大角速度：1.1618rad/s；
第二步，转台台面参数化建模与文件存储
根据测取的台面数据，采用CAD软件Pro/ENGINEER建立转台台面参数化的几何模型，如图2所示，并存储成IGES格式文件；
第三步，台面参数化模型的导入
把转台台面的IGES文件导入CAE软件ANSYS中，单元类型的选择选择Solid92，定义转台台面的材料特性，台面的材料为45钢，拟定弹性模量为2.06e11pa，泊松比为0.3，密度为7800kg/m3均为各向同性材料；
第四步，转台模型的网格划分
根据网格划分的原则，单元形状为三角形单元，采用手动自由网格划分，在单元大小设置选项卡中设置SIZE Element edge length为0.020，考虑到实际情况，应增加单元个数，以求算出精确的受力情况，这里选用单元长度为20，如果选用单元长度为10则单元数太多计算太耗时，整个网格划分，控制单元形状尽可能规则，避免形状畸形，划分完毕后共有650000个单元，如图3所示；
第五步，设定约束条件和施加载荷
设定约束条件：台面下端面上的轴与机座上孔座的内圆周面固定，此处限制了X轴方向，Y轴方向，而可以绕Z轴旋转；台面底部中心平面与蜗轮固定处，此约束为完全约束，即X轴方向，Y轴方向，Z轴方向完全被约束死，因为此处是用螺栓将台面与蜗轮完全固定的；台面底部边缘与机座处，此处底座起到一个支撑台面的作用，因此需要施加Z轴方向的位移；台面T型槽与螺母固定处，将此处简化为T型槽上底面的Z方向约束；因为台面上表面受工件对其压力，同时考虑到简化分析施加载荷，因此选择对工作台整个台面加载均匀分布载荷。最终确定在Z轴方向上施加均匀载荷；
第六步，进行求解计算及结果显示
通过Solution进入自动求解过程，完成求解进程；通过ANSYS计算，分别显示了不同部位的应力大小，从图4中可以看出T型处受力也较大，主要体现在棱角处，与实际情况相吻合；最小应力出现在台面边缘最厚的地方，实际中该处几乎不受力，因此符合实际。
Claims (2)
1.一种转台台面受力变形分析方法，其特征在于：
1)首先依据陕西理工学院机制实验室的转台实体，进行台面的数据测量；
2)根据测取的台面数据，采用CAD软件Pro/ENGINEER建立转台台面参数化的几何模型；
3)将CAD转台台面参数化的几何模型存成IGES格式文件；
4)把转台台面的IGES格式文件导入CAE软件ANSYS中，设定相关的属性参数；
5)在CAE软件中对转台参数化几何模型进行网格划分；
6)在CAE软件中根据转台台面的实际工作条件，设定约束条件和施加载荷；
7)在CAE软件中进行求解计算，观察分析结果。
2.根据权利要求1所述的一种转台台面受力变形分析方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，测绘转台台面的尺寸
依据陕西理工学院机制实验室的转台实体，进行台面的数据测量，并进行及相应的数据计算，具体参数：工作台台面直径：250mm；工作台面的厚度：50mm；工作台面的最大回转速度：11r/min；台面水平最大承载能力5000kg；台面连接轴直径32mm，长度60mm；台面“T”型槽的深度18mm，上宽度12mm，下宽度22mm；回转工作台台面材料：45钢；台面回转最大角速度：1.1618rad/s；
第二步，转台台面参数化建模与文件存储
根据测取的台面数据，采用CAD软件Pro/ENGINEER建立转台台面参数化的几何模型，并存储成IGES格式文件；
第三步，台面参数化模型的导入
把转台台面的IGES文件导入CAE软件ANSYS中，单元类型的选择选择Solid92，定义转台台面的材料特性，台面的材料为45钢，拟定弹性模量为2.06e11pa，泊松比为0.3，密度为7800kg/m3均为各向同性材料；
第四步，转台模型的网格划分
根据网格划分的原则，单元形状为三角形单元，采用手动自由网格划分，在单元大小设置选项卡中设置SIZE Element edge length为0.020，考虑到实际情况，应增加单元个数，以求算出精确的受力情况，这里选用单元长度为20，如果选用单元长度为10则单元数太多计算太耗时，整个网格划分，控制单元形状尽可能规则，避免形状畸形，划分完毕后共有650000个单元；
第五步，设定约束条件和施加载荷
设定约束条件：台面下端面上的轴与机座上孔座的内圆周面固定，此处限制了X轴方向，Y轴方向，而可以绕Z轴旋转；台面底部中心平面与蜗轮固定处，此约束为完全约束，即X轴方向，Y轴方向，Z轴方向完全被约束死，因为此处是用螺栓将台面与蜗轮完全固定的；台面底部边缘与机座处，此处底座起到一个支撑台面的作用，因此需要施加Z轴方向的位移；台面T型槽与螺母固定处，将此处简化为T型槽上底面的Z方向约束；因为台面上表面受工件对其压力，同时考虑到简化分析施加载荷，因此选择对工作台整个台面加载均匀分布载荷。最终确定在Z轴方向上施加均匀载荷；
第六步，进行求解计算及结果显示
通过Solution进入自动求解过程，完成求解进程；通过ANSYS计算，分别显示了不同部位的应力大小，T型处受力也较大，主要体现在棱角处，与实际情况相吻合；最小应力出现在台面边缘最厚的地方，实际中该处几乎不受力，因此符合实际。
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| JP2003296371A (ja) * | 2002-03-29 | 2003-10-17 | Sekisui Chem Co Ltd | 汎用解析システムおよび汎用解析処理プログラムならびに汎用解析処理プログラムを記録した記録媒体 |
| CN201529901U (zh) * | 2009-06-01 | 2010-07-21 | 扬州力创机床有限公司 | 立、卧式加工中心复合工作台 |
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- 2013-05-31 CN CN201310226364.7A patent/CN103353906B/zh not_active Expired - Fee Related
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
| 陈建刚: "回转工作台台面参数化设计与稳态分析", 《陕西理工学院学报(自然科学版)》, vol. 26, no. 2, 30 June 2010 (2010-06-30), pages 6 - 13 * |
| 陈建刚: "基于MasterCAMX转台台面数控加工方法设计", 《煤矿机械》, vol. 33, no. 04, 30 April 2012 (2012-04-30), pages 128 - 129 * |
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