某型摇臂钻床上部结构轻量化设计和实现 机械制造专业

中文摘要为了实现摇臂钻床轻量化设计，并且为了顺应社会新形式下的低碳要求，在社会市场竞争激烈的前提下，熟练的运用有限元分析 ANSYS Workbench以及三位软件SolidWorks，对摇臂钻床Z3080上部进行结构分析和拓扑优化，达到质量减少20%的最终目标。分析部件为摇臂，内柱，外柱。该Z3080钻床用于钻孔。这个课题的整体是摇臂钻床的轻量化设计，摇臂钻床的轻量化设计的零部件主要由四个，内柱外柱，摇臂底座。从工作量上考虑，课题分为两个部分，分为了摇臂钻床的上部轻量化设计和摇臂钻床的下部轻量化设计，分别由两个同学单独完成。当然期间也都互相合作，单独作业。上部轻量化研究的是外柱内柱摇臂的轻量化，下部轻量化是底座的轻量化，另外下部轻量化还包括整体的力分析。目标是在完成既定功能要求的基础上，减少质量在20%左右。为了达到这样的目标进行一系列的研究和处理。研究处理针对材料和结构两方面。最后定在结构的研究方向上。关键词 摇臂钻床 ANSYS Workbench 拓扑优化 外文摘要Title Lightweight design of the upper structure of radial drilling machine AbstractIn order to achieve radial drilling lightweight design, and in order to conform to the requirements of the new forms of low-carbon Society, in the fierce market competition, social premise, skilled use of finite element analysis software ANSYS Workbench and three SolidWorks, the upper portion of the radial drilling machine Z3080 structural analysis and optimization, to achieve the 20% reduction in the quality of the ultimate goal. Analysis rocker member, the inner column, an outer column.The Z3080 drilling for drilling. This whole issue of lightweight design is radial drilling machine, radial drilling lightweight design consists of four main parts, the column outside the column, the rocker base. From the workload considerations, the subject is divided into two parts, divided into an upper lightweight design and rocker arm drilling machine drilling lower lightweight design were done by two students alone. The upper part of the study is lightweight outer columns are lightweight arm, the lower weight is lightweight chassis, in addition to the lower portion also includes a lightweight integral Forces.The goal is to complete its functional requirements based on mass reduction of around 20%.Treatment for both materials and structures. Finally, set in the research structure.Keywords Radial drilling machine tool ANSYS Workbench Topology Optimization目录前言1第一章绪论21.1引言21.2 ANSYS Workbench的应用及现状分析31.2.1 ANSYS Workbench 与ANSYS 经典版（Mechanical APDL）的主要区别31.2.2ANSYS Workbench主要功能意义41.2.3ANSYS Workbench的基本分析流程41.2.4ANSYS的国内外发展现状51.3摇臂钻床简介51.4工程中的应用6第二章 钻床的主要力学性能及其分析82.1引言82.2HT200的力学性能82.3 三维建模软件SolidWorks简介92.4 Workbench简介9第三章Z3080钻床的主要部件三维建模113.1 Z3080钻床结构特点113.2 Z3080主要部件创建模型123.2.1摇臂的模型的创建123.2.2内柱的三维建模133.2.3外柱的三维建模133.2.3底座的三维建模14第四章Z3080钻床的Workbench分析及其操作步骤164.1引言164.2摇臂的Workbench分析164.3内柱的Workbench分析234.4外柱的Workbench分析26第五章Z3080钻床的拓扑优化及其步骤295.1引言295.2摇臂的拓扑优化及其步骤解析295.3内柱的拓扑优化结果305.4外柱的拓扑优化结果30第六章Z3080钻床的三维设计优化316.1引言316.2各部件优化结果316.2.1 摇臂的优化316.2.2内柱的优化326.2.3外柱的优化326.3钻床各部件的校核336.3.1摇臂的校核336.3.2内柱的校核336.3.3外柱的校核33第七章 总结及展望34参考文献35致谢36前言本文旨在研究某型摇臂钻床的上部轻量化设计，选题的时候是主要是看中了这个题目通俗易懂，很直观的可以看清是做的什么，并且摇臂钻床不像别的机械产品那么空洞，能具体的去调查和研究这个课题。这个课题的整体是摇臂钻床的轻量化设计，摇臂钻床的轻量化设计的零部件主要由四个，内柱外柱，摇臂底座。从工作量上考虑，课题分为两个部分，分为了摇臂钻床的上部轻量化设计和摇臂钻床的下部轻量化设计，分别由两个同学单独完成。当然期间也都互相合作，单独作业。上部轻量化研究的是外柱内柱摇臂的轻量化，下部轻量化是底座的轻量化，另外下部轻量化还包括整体的力分析。这个题目是在一个什么背景下产生的呢？这个课题首先是一个事业单位课题，主要是在现在，经济问题是企事业单位的研究之重。花少量的钱买能完成所要求功能的产品是每个厂家的研究对象，或者，用少量的成本呢制造出能完成客户要求的产品。在这样的前提下，我们研究轻量化，能减产Z3080钻床的生产成本，从而增加自我的市场竞争。这才是研究的目的和重中之重。在这个课题研究的时候，主要是从两个部分入手的。其一是材料的选择，其二便是减重设计（在满足钻床功能的前提下，在已有的钻床的基础上减去一部分）。一开始研究这个课题的时候，从第一部分考虑过，但是由于该钻床的材料选择的是灰铸铁，从本专业的研究方向考虑到，更多的应该注重在结构设计和系统设计上，就放弃了这个研究的方向，从第二个减重设计方向考虑了。课题的研究阶段主要由以下几个部分，首先是调查研究并收集跟本课题相关的资料，在这一部分中，由于本课题通俗简单，在知网上找到了很多相似的论文，研究其他型号钻床轻量化的论文等，对接下来的工作将是极大的便利；然后就是分析研究部分，在这一部分中，首先需要做的是分析好钻床每一部分受的力的大小和方向，并且能够将这些力的大小方向在软件接入的时候正确的安置在钻床零部件上；再接下来就是拓扑优化，并用三维软件进行减重设计。第一章绪论1.1引言就目前情况看，中国的重工业市场的局势是很严峻的。整体来说，中国有数量足够多的机床，但是中国机床的质量却不是让人很满意。在经济发展的要求下，中国如何做到完善自我，以适应时代的发展，以绿色发展为核心，完成这一次变革？生产是为了利益，利益是为了发展，这么来说，机床制造是为了提高眼前的利益以及长期的发展战略，一定程度上来说也是为了社会主义的发展。近些年来，中国机床在国际上的竞争力越来越脱轨，这就要求我们不断发展，不断探索，推陈出新。不难发展，环保意识和自然资源已经成为当今世界的主流探讨问题，机床、重工业也不能避免的要谈到这些问题，生产过程中高效利用资源这种设计理念已经越来越在设计者的观念里根深蒂固。机床的轻量化设计现代技术的发展方向，更新方向。轻量化是指在保证机床工作效率和性能的前提下，减少机床的原料，减少成本，这种轻量化方向是当前的机床产业的大势所趋，更是社会发展的必然要求。物价上涨，各种金属材料的价格也水涨船高。这次的课题研究的是Z3080钻床的轻量化设计。就是在社会市场竞争激烈的前提下，降低生产成本，提高市场竞争力。本文在Z3080摇臂钻床满足静强度的分析下，对该型号的摇臂钻床进行结构优化，减少原材料的消耗。具体措施如下，表1.1表1.1 Z3080钻床优化的主要步骤表序号Z3080钻床优化的主要步骤1首先用三维绘图软件SolidWorks对Z3080摇臂钻床的各零部件如摇臂、内柱、外柱、底座、工作箱等进行绘制。2对做好的零部件进行装配，用ANSYS对用SolidWorks绘制出来的装配图进行静力分析，分析出薄弱点。并且要对每个零部件进行同样的静力分析，检查各个零件的应力和应变。3用ANSYS对用SolidWorks绘制出来的装配图进行静力分析，分析出薄弱点。并且要对每个零部件进行同样的静力分析，检查各个零件的应力和应变。1.2 ANSYS Workbench的应用及现状分析ANSYS Workbench是ANSYS公司的仿真模拟软件，为机械工程领域的静力分析仿真提供了模拟平台。有着和ANSYS 一样的核心技术，结合了现阶段的三维软件中的主流技术的一些仿真，优化分析的优势1.2.1 ANSYS Workbench 与ANSYS 经典版（Mechanical APDL）的主要区别主要来说，ANSYS Worbench和Mechanical APDL之间的主要差别有三点：l ANSYS经典版对操作人员的要求较高，要求操作人员的技术水平和熟练程度要比ANSYS Workbench 对操作人员的技术水平熟练程度要高的多。l ANSYS Workbench在处理模型功能上来说比ANSYS 经典版的能力要强。数据接口和共享的能力也是ANSYS Workbench 要更好一点。l ANSYS 经典版主要使用于设计的后期，用于检验设计的合理性。检验模型的动力静力流体力学的分析。不能整个贯穿于设计的始终。1.2.2ANSYS Workbench主要功能意义ANSYS Workbench是机械领域常用的软件， ANSYS Workbench之中不仅提供了跟ANSYS 经典版