数控机床滚珠丝杠的有限元分析开题报告

大 学毕业论文开题报告学 生 姓 名： 学 号：学 院 、 系 ： 专 业 ： 机械设计制造及其自动化论 文 题 目 ： 数控机床滚珠丝杠的有限元分析指 导 教 师 : 年 月 13 日毕 业 论 文 开 题 报 告1结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述一、课题的目的和意义随着计算机技术的发展，使得有限元法有着突飞猛进的进展。结合计算机辅助设计技术，有限元法也被用于计算机辅助制造中。有限元法解决滚珠丝杠是借助于计算机进行的一种现代设计方法它分为三大步, 结构离散化、单元分析和整体分析。本课题旨在利用有限元对滚珠丝杠进行强度分析，从而达到系统的学习有限元法以及 ANSYS工程应用软件的目的。二、 滚珠丝杠副介绍滚珠丝杆副是一种新型的螺旋传动元件，它的产生金和发展只经历了数十年的历史，然而它在国内外工程技术界人士中已引起了广泛的兴趣和重视。当今，滚珠丝杠副在机床工业、汽车工业、自动控制系统、航空工业、船舶工业和兵器工业等各个部门皆获得了日益广泛的应用。在此较短的时期内，它之所以能够得到如此迅速的发展和较普通的应用，主要的原因是由于滚珠丝杠副不可能具备的。总之，它具有许多良好的机械传动性能。所以，滚珠丝杠副已成为非常有效的、普遍适用的螺旋传动元件。此外，它又可以像滚动轴承那样，有专业厂家组织生产和供应，向用户提供一种新颖的配套元件；广大用户可根据各自的需要方便地进行选用和订购。三、 滚珠丝杠副的工作原理滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间填入适量的滚珠，使丝杠与螺母之间有滑动摩擦变为滚动摩擦的丝杠传动。滚珠丝杠副在机械传动中的作用，同样是可以将旋转运动变为直线运动，也可以将直线运动变为旋转运动。根据丝杠和螺母运动的组合情况，其传动方式也是多种多样的。滚珠丝杠副一般是由丝杠、螺母、滚珠及滚珠循环返回装置四个部分组成。滚珠丝杠副就是指在具有螺旋槽的丝杠与螺母之间，连续填满滚珠作为中间体的螺旋传动。其工作原理如下：当螺母转动时，在丝杠与螺母间布置的滚珠一次沿螺纹滚道滚动，同时滚珠促使丝杠（或螺母）作直线运动。为了防止滚珠沿螺纹滚道滚出，在螺母上设有滚珠循环返回装置（反向器） ，构成一个滚珠循环通道。借助于这个返回装置，可以使滚珠沿滚道面运动后，经通道自动地返回到其工作的入口处，从而使滚珠能在螺纹滚道上继续不断地参与工作。为了消除间隙和提高传动精度及刚度，滚珠螺母常由两端组成。四、 滚珠丝杠副的特点滚珠丝杠副与滑动丝杠副比较，它以滚动摩擦代替了滑动摩擦，因此，具有一下特点：（1）摩擦损失小、传动效率高由于滚动丝杠副的摩擦损失小，其传动效率可达 90%-96%，约为滑动螺旋机构效率的 2-3 倍。（2）磨损小、寿命长通常，滚珠丝杠副的主要零件，如丝杠、螺母及滚珠都是经过淬硬的，并有很低的表面粗糙度：而且滚动摩擦的磨损很小，因而具有良好的耐磨性，即其精度保持性能好，工作寿命长。（3）轴向刚度高由于滚珠丝杠副可以完全消除传动间隙，而不致影响丝杠运动的灵活性，因而可以获得较高的轴向刚度。通常，可以通过预紧来提高轴向刚度。（4）摩擦阻力小、运动平稳由于是滚动摩擦，动、静摩擦系数相差较小，其摩擦阻力几乎与速度无关，而且静止摩擦力极小，启动力矩与运动力矩近于相等。因而灵敏度高，运动平稳，启动是无颤动，低速传动是无爬行现象。（5）不自锁、具有传动的可逆性由于滚珠丝杠副没有自锁能力，故具有传动的可逆性。当它用于垂直升降传动系统时，必须增设自锁装置或制动装置，以防止产生传动。由于滚珠丝杠副具有上述有点，所以它日益广泛地应用于精密机械、机床、汽车、船舶、火炮、航空、航天和纺织等工业部门。五、 有限元法有限元法是用有限个单元将连续体离散化，通过对有限个单元作分片插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法。有限元法把连续体离散成有限个单元：杆系结构的单元是每一个杆件；连续体的单元是各种形状（如三角形、四边形、六面体等）的单元体。每个单元的场函数是只包含有限个待定节点参量的简单场函数，这些单元场函数的集合就能近似代表整个连续体的场函数。根据能量方程或加权残量方程可建立有限个待定参量的代数方程组，求解此离散方程组就得到有限元法的数值解。有限元法已被用于求解线性和非线性问题，并建立了各种有限元模型，如协调、不协调、混合、杂交、拟协调元等。有限元法十分有效、通用性强、应用广泛，已有许多大型或专用程序系统供工程设计使用。同时，有限元法也是以计算机作为计算工具的电算方法。它是对大型、复杂结构进行分析的有力工具。利用计算机作为工具能够实现计算工作的高速度与高精度, 这使得某些实验手段开始成为过时的方法, 最优化设计方法的发展使结构设计从单纯的演算过程变成为真正的设计过程。六、 ANSYS 简介ANSYS 软件是大型通用有限元分析软件，有限元是一种采用电子计算机求解结构静、动态力学特性等问题的数值解法。由于有限元法具有精度高、适应性强以及计算格式规范统一等优点，故在短短 50 多年间已广泛用于机械、宇航航空、汽车、船舶、土木、核工程及海洋工程等许多领域，已成为现代机械产品设计中的一种重要工具。特别是随着电子计算机技术的发展和软、硬件环境的不断完善以及高档计算机和计算机工作的逐步普及、为 ANSYS 的推广应用创造了更为良好的条件，并展示出更为广阔的工程应用前景。ANSYS 软件提供了一个不断改进的功能清单，包括：结构分析、电磁分析、流体动力学分析、设计优化、自适应网路划分、参数设计语言等功能。尽管 ANSYS 程序功能强大，但他的图形用户界面（GUI）使其易学易用。通过 GUI可以方便地交互访问程序的各种功能、命令、用户手册和参考教材，可以一步一步地完成整个分析，因而是 AMSYS 易于使用。ANSYS 按功能作用可分为：一个前处理器、一个求解器、两个后处理器、几个辅助处理器等。前处理器用于生成有限元建模；求解作用于施加载荷及辩解条件，完成求解计算；后处理器用于获取求解结果，以便对模型做出评价。利用 ANSYS 程序，机械工程师可以构造出机械产品、零部件或系统的模型，对它们施加载荷或其他设计条件，可以得出相应的动静特征，对产品进行优化设计，以降低生产成本。参考文献：（1）戴曙主编. 金属切削机床. 北京：机械工业出版社，2009.02.（2）饶振钢，王勇卫编著. 滚珠丝杠副及自锁装置. 北京市：国防工业出版社, 1990.02.（3）曹甜东主编. 数控技术. 武汉市：华中科技大学出版社, 2005.（4）刘国庆，杨庆东编著. ANSYS 工程应用教程 机械篇. 北京市：中国铁道出版社, 2003.（5）张朝晖主编；王富耻，王鲁，李树奎编著. ANSYS 工程应用范例入门与提高. 北京市：清华大学出版社, 2004.（6）张红松，胡仁喜，康士廷等编著. ANSYS 12.0 有限元分析从入门到精通. 北京市：机械工业出版社, 2010.02.（7）薛风先，胡仁喜，康士廷等著. ANSYS12.0 机械与结构有限元分析从入门到精通. 北京市：机械工业出版社, 2010.03.（8）康渊，陈信吉编著. Ansys 入门. 北京市：中国电力出版社, 2007.10.（9）江克斌，屠义强，邵飞编著. 结构分析有限元原理及 ANSYS 实现. 北京市：国防工业出版社, 2005.07.（10）曾攀编著. 有限元分析及应用. 北京市：清华大学出版社, 2004.（11）杜平安等编著. 有限元法 原理、建模及应用. 北京市：国防工业出版社, 2004.08.（12）李黎明编著. ANSYS 有限元分析实用教程. 北京市：清华大学出版社, 2004.01.（13）张建民等编著. 机电一体化系统设计. 北京市：高等教育出版社, 2001.（14）傅永华著. 有限元分析基础. 武汉市：武汉大学出版社, 2003.（15） （美）Saeed Moaveni 著；欧阳宇，王崧等译. 有限元分析 ANSYS 理论与应用. 北京市：电子工业出版社, 2003.毕 业 论 文 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：通过对滚珠丝杠进行力学分析，并应用有限元软件 ANSYS 进行静力学、动力学分析。1 根据滚珠丝杠的结构图，运用 ANSYS 软件对滚珠丝杠进行有限元模型。2 计算滚珠丝杠在某加工工艺时的受力分析。3 对该情况下的滚珠丝杠进行理论强度校核。4 对该情况下的滚珠丝杠有限元模型进行受力分析。毕 业 论 文 开 题 报 告指导教师意见：指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日