钢球研球机固定板结构力学分析与遗传算法优化设计研究

摘要

轴承是各类机械的重要基础件，而钢球又是球轴承的关键零件，其制造精度对轴承以及整个机械结构的性能有着极其重要的影响。据统计，钢球因素占影响球轴承噪声全部因素的60％，轴承失效因钢球破坏的比率达58.5％。
　　钢球研球机是钢球加工过程中的关键设备之一，钢球与研磨板在一定压力下作复杂的相对运动，实现对钢球的研削加工，是钢球加工过程中的关键设备之一。研磨盘安装在固定板上。固定板的变形量直接影响研磨盘，从而影响钢球的加工精度。所以，固定板单元的变形和所受应力是影响钢球精度的重要因素。
　　本文利用现代设计方法中的有限元法和优化设计方法对研球机固定板进行结构分析和主要结构参数的优化设计，提高钢球加工精度、稳定性和加工效率。本文主要做了一下工作:
　　(1)利用有限元分析软件ANSYS的APDL语言，对研球机固定板进行参数化建模，并对其进行有限元静力学分析和模态分析，得出其机构特性，为进一步设计其结果提供理论基础;
　　(2)利用ANSYS自带的优化模块对研球机固定板进行优化设计;
　　(3)基于遗传算法对ANSYS进行二次开发，弥补ANSYS自身优化算法的不足;
　　(4)最后，总结了本文的研究工作，分析了研究的不足之处，并对今后的研究进行了展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本文研究背景

1．2 国内外现状及发展趋势

1．3 结构优化设计的发展现状

1．4 本文研究的主要意义、内容和创新点

1．4．1 意义内容

1．4．2 创新点

1．5 本章小结

第2章 ANSYS和有限元原理简介

2．1 有限元原理简介

2．1．1 有限单元法的发展

2．1．2 有限单元法基本原理及特点

2．1．3 有限元法分析过程

2．2 ANSYS软件简介

2．2．1 ANSYS程序的特色

2．2．2 ANSYS的构成

2．2．3 ANSYS参数化语言APDL简介

2．3 本章小结

第3章 钢球研球机固定板有限元分析

3．1 固定板有限元分析

3．1．1 模型的基本假定

3．1．2 建模方法的选择

3．1．3 固定板有限元模型的建立

3．1．4 定义材料属性和单元类型

3．1．5 固定板有限元网格划分

3．1．6 边界条件和载荷

3．2 有限元分析结果

3．2．1 应力计算结果分析

3．2．2 位移计算结果分析

3．3 本章小结

第4章 钢球研球机固定板模态分析研究

4．1 模态分析简介

4．1．1 模态分析应用

4．1．2 模态分析的发展

4．2 模态分析基本原理

4．3 固定板模态分析

4．3．1 模态分析方法

4．3．2 计算结果与分析

4．4 本章小结

第5章 固定板的结构优化

5．1 结构优化的基础知识

5．1．1 结构优化设计的概念与设计流程

5．1．2 结构优化设计问题的数学描述

5．1．3 结构优化的方法

5．2 APDL优化方法

5．2．1 优化过程

5．3 编写优化设计的程序

5．4 固定板优化

5．4．1 固定板参数设置

5．4．2 优化结果及分析

5．5 本章小结

第6章 基于遗传算法的固定板结构优化

6．1 遗传算法的基础理论

6．1．1 遗传算法的特点

6．1．2 遗传算法的概述

6．1．3 遗传算法的基本操作

6．2 基于遗传算法的ANSYS二次开发

6．2．1 ANSYS二次开发工具——UPFs

6．2．2 ANSYS二次开发编译

6．2．3 运行ANSYS优化程序

6．3 结果分析与对比

6．4 本章小结

结论

参考文献

附录 ANSYS计算程序(APDL命令流)

致谢

作者简介

研究生期间发表的论文和科研成果