车床床身结构有限元分析-

题目：CA6140车床床身有限元分析

二〇一七年十二月

绪论 (3)

1、目的 (4)

2、实验设备 (4)

3、课题来源 (4)

4、床身几何模型的建立及受力分析 (5)

5、利用ANSYS15.0经典模块进行床身静力分析 (7)

5.1床身材料选取 (7)

5.2床身的有限元分析 (7)

5.3对ANSYS软件的介绍 (7)

5.4床身的静力学分析 (8)

5.4.1床身模型的导入 (8)

5.4.2定义属性单元类型 (9)

5.4.3模型属性材料设置 (9)

5.4.4网格划分 (10)

5.4.5列表整体模型参数 (14)

5.4.6加载与求解 (16)

5.4.7进入后处理器查看计算结果 (19)

5.4.8结果分析 (23)

6、利用ANSYS17.0 Workbench模块进行车床床身静力分析 (25)

6.1车床床身有限元模型的建立 (25)

6.1.1 车床车身三维模型建立 (25)

6.1.2 启动Workbench 17.0并建立分析项目 (25)

6.1.3工程参数设定 (26)

6.1.4 模型导入 (27)

6.1.5网格划分 (27)

6.2车床床身约束及载荷施加 (29)

6.2.1添加车床床身约束 (29)

6.2.2车床床身载荷的添加 (29)

6.3静力分析结果 (30)

6.4绘制应力分布曲线 (31)

6.5结果分析 (33)

7、总结 (33)

绪论

机床床身在其应用设备中是非常重要的部件，它的强度和刚度会直接影响到整个设备的工作性能。本文首先描述了本课题的实验目的及课题来源，然后建立了床身的几何模型并对其进行受力分析，最后使用ANSYS软件对床身进行建模分析，直观的观察床身的变形情况，并详细介绍了使用ANSYS对床身的建模处理方法与过程。本文主要对于ANSYS中三维建模后导入到ANSYS经典和ANSYS Workbench中分析进行操作，比较互相之间的区别，并总结合适的场合，以适应在不同场合快速、准确、灵活运用ANSYS的目的。

床身在使用过程中承受静压力和部分冲击载荷，从而引起变形，而随着时间的推移和累积这种压缩变形和弯曲变形也会逐渐积累变大，若不及时检修极有可能会影响整个设备的正常使用，进而影响整个任务的完成，因此提前对床身受力分析及变形进行仿真与检验，从而保证床身工作可靠性是极为重要的。而如何较准确地得到静压作用下床身的应力、变形的大小及分布，对于床身的设计、改进具有十分重要的作用。

1、目的

本次大作业的目的是为了加深对理论知识的理解以及有限元技术的实际运用，通过具体课题的实际操作熟悉有限元分析软件ANSYS的具体使用方法，学会解决操作中遇到的相应问题的应对措施，同时从问题中看出有限元的基本思想，学会工程问题的分析求解方法。

2、实验设备

Ansys 15.0软件，Ansys17.0 workbeach软件,Creo2.0软件

3、课题来源

CA6140（教学型）数控车床主要由主轴箱、床身、导轨、刀架、拖板、步进电机等组成的教学型卧式车床，主轴箱与床身通过螺栓来固定，刀架固定在拖板上，而大拖板带着刀架通过水平直丝杠沿导轨在水平方向左右移动，中拖板通步进电机实现前后移动来完成切割工件的工作。机床床身可直接放置于地面上或通过地脚螺钉来固定地面上。整机总重量为2230kg吨，

本研究课题，以教学实验为背景，基于己有的有限元分析软件ANSYS，就教学型CA6140数控车床的箱体、床身结构进行应力、应变分析和模态分析以及其结构优化设计。对箱体、床身的传统设计，往往凭经验或己有的教程实例用比拟的方法进行设计，其结果是安全系数过大、笨重、浪费材料，难以达到最优设计。已具有的资料表明，国内对箱体、床身的整体结构分析和优化设计不是很多，没有形成一套完整的理论和方法。因此，本课题主要研究的内容是利用有限元分析方法和优化技术在确保结构安全可靠的前提下使结构更加合理，在保证结构有足够的强度、刚度和稳定性的条件下，节省材料消耗，降低产品成本。建立一种普遍适用于箱体结构的有限元分析模型；给出载荷模拟以及边界条件处理的方法；研究和探讨计算结果的分析、评价方法；通过箱体、床身结构的有限元模态分析，从箱体、床身结构动态特性出发，探索提高箱体结构动态性能的方法；将有限元分析方法与最优化技术相结合，克服优化设计中数学建模的困难，利用机械行业功能强大的Creo2.0图形软件，从工程应用的角度出发，研究和开发一

套实用的、高效的结构优化设计方法。

本课题是利用有限元分析方法和优化技术在确保结构安全可靠的前提下使结构更加合理，在保证结构有足够的强度、刚度和稳定性的条件下，节省材料消耗，降低产品成本。整个分析过程都在计算机虚拟环境下完成。在零部件结构优化设计的同时，设计人员还要考虑零部件工艺设计和制造工艺设计，以此作为部件结构优化设计的约束条件，共同作为零部件结构优化设计的指导方案，真正实现了结构设计的后期工序的早期介入。

4、床身几何模型的建立及受力分析

CA6140（教学型）数控车床床身是数控车床的重要的部件之一，它结构为不规则的空间几何模型，床身（重要）尺寸为1500mmX550mmX450mm，材料采用HT200，床身总重245.12kg，材料为HT200，弹性模量为E=110Gp，泊松比为0.26。在建立模型时考虑如下几点:

(1)忽略各处过渡园角；忽略床身上所有的螺栓孔。这些假设都不会对床身的重量及刚度产生大的影响，完全能保证足够的计算精度。

(2)设床身为理想焊接(焊接质量应得到保证，其焊接处强度近似于材料内部强度)，在建立有限元模型时不予考虑。

(3)在建模时，通常部件和部件的连接用短梁来模拟螺栓。应当注意的是梁单元运用的条件，梁单元长度过长，则引起较大的位移误差，若梁单元长度过短，近似于横截面尺寸，则模型单元不合理；所以建立我们在建模时把床身作为一有限元整体来分析模型较合适。

原始几何模型由导师提供，如图4-1所示，由于有限元分析主要针对的是整体模型，对于模型中小孔划分网格时容易产生尖角，难于分析，此模型中又有较多对整体有限元分析结果影响不大的小孔，如图4-2所示，因此我们首先做的工作是将原始几何模型中小孔进行了填补，填补后结果如图4-3所示。再填补后的模型基础上我们将模型分别转化为了适合于ANSYS以及workbench导入的.igs格式文件及.stp格式文件。

在原始模型基础上我们将模型转化为了适合于ANSYS以及workbench导入的.igs格式文件。

图4-1 原始床身三维模型