论文题目：高速轴系的参数化设计及优化

摘要：随着机械行业的快速发展,对不同类型的高速回转机械需求量大大增加。而高速轴系作为高速回转类机械的核心部件,是回转类机械整体实现高性能、高可靠性工作的基础。高速轴系结构复杂多样,设计内容繁多,想要提高高速轴系的研发速度,最有效的方法就是运用三维参数化设计技术开发高速轴系参数化设计系统。本论文以高速轴系为设计目标,通过参数化设计方法,结合UG PLM和UG二次开发等技术,开发了高速轴系智能参数化设计系统,运用有限元分析方法对高速轴系参数化模型进行了分析验证与优化。本文主要研究内容与成果如下:（1）根据高速轴系的设计方法与流程对高速轴系及各零部件进行了结构选择和参数的定义,运用UG三维设计软件对高速轴系及轴系各零部件进行了参数化建模。（2）运用材料力学、热力学等相关理论对高速轴系各零部件尺寸与设计目标等参数之间的数学关联关系进行了研究,将所得数学关联表达式融入所建立参数化模型,实现了高速轴系的参数化设计。（3）利用UG PLM建立了高速轴系及各零部件的人机交互界面和可调用重用库,结合UG二次开发技术建立了用户操作菜单和参数化有限元分析,完成了高速轴系参数化设计系统的开发。（4）运用有限元分析方法对高速轴系各零部件参数化模型进行了分析验证与优化,验证了所建立参数化模型的动静态性能满足所输入设计目标的需求。对高速主轴进行了结构优化,在保证结构强度的条件下,经过优化的高速轻载主轴和高速重载主轴重量分别减小了41.6%和20.1%,提高了高速主轴性能。本文所建立的高速轴系参数化设计系统,集成了设计与分析模块,提高了方案设计效率。该设计系统实现了对复杂高速轴系的智能参数化设计,具有重要的工程实用价值,为同类新产品的研发提供了一种智能高效的设计方法。

关键词：高速轴系;参数化设计;UG二次开发;动静态特性;结构优化

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第2章 高速轴系参数化设计方法与结构选择

2.1 参数化设计方法

2.1.1 模型零部件的参数化设计方法

2.1.2 装配体与各零部件间的关联方法

2.1.3 参数的定义

2.2 高速轴系结构组成与建模方案

2.2.1 高速轴系结构组成

2.2.2 高速轴系建模方案

2.3 高速轴系核心部件结构选择

2.3.1 高速主轴结构选择

2.3.2 高速轴承座结构选择

2.4 本章小结

第3章 高速轴系参数计算

3.1 高速轻载主轴参数计算

3.1.1 高速轻载主轴最小直径计算

3.1.2 主轴安装台阶面最小直径计算

3.2 高速重载主轴参数计算

3.3 高速轻载轴承座参数计算

3.4 高速重载轴承座参数计算

3.4.1 由轴承外力引起的摩擦力矩的计算

3.4.2 黏性摩擦力矩的计算

3.4.3 轴承发热量计算

3.4.4 轴承散热量计算

3.4.5 轴承座降温油槽的计算及相关表达式

3.5 本章小结

第4章 高速轴系重用库的建立及UG二次开发

4.1 高速轴系参数化模型的建立

4.2 UG PLM和 UG二次开发

4.3 基于UG PLM人机交互界面的建立

4.4 UG二次开发

4.5 参数化有限元分析

4.6 本章小结

第5章 高速轴系参数化设计模型有限元分析验证与优化

5.1 高速轻载主轴参数化模型分析验证与优化

5.1.1 高速轻载主轴静力学分析

5.1.2 高速轻载主轴模态分析

5.1.3 高速轻载主轴结构优化与对比

5.2 高速重载主轴参数化模型分析验证与优化

5.2.1 高速重载主轴静力学分析

5.2.2 高速重载主轴模态分析

5.2.3 高速重载主轴结构优化与对比

5.3 高速轻载轴承座参数化模型分析验证

5.4 高速重载轴承座参数化模型分析验证

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢