Лимаренко А.М., Дидковский И.С.

Одесский национальный политехнический университет, Украина

Динамический расчет портала

специализированного станка ОС - 4037

Динамические характеристики несущей системы в значительной мере определяют виброустойчивость станка и относительные колебания инструмента и обрабатываемой детали.

Динамические характеристики станка зависят от таких основных параметров, как масса и момент инерции основных узлов и деталей, жесткость элементов несущей системы, силы сопротивления (демпфирование), связанные главным образом с трением в соединениях.

Расчет динамических характеристик несущих систем металлорежущих станков представляет собой сложную комплексную задачу, аналитическое решение которой в полном объеме и с высокой степенью адекватности результатов расчета практически невозможно. Поэтому такие задачи обычно решаются с использованием тех или иных упрощающих модельных представлений [1] и, как правило, численными методами.

Амплитудно-частотные характеристики, могут быть получены расчетным путем на основе модели, представляющей собой многомассовую систему с упругими и демпфирующими связями. Для каждой массы системы составляются дифференциальные уравнения колебаний.

Программы инженерного анализа, основанные на применении метода конечных элементов (МКЭ), открывают в этом отношении более широкие возможности [2]. Конструкции могут быть представлены без существенных упрощений, в виде, отражающем реальную геометрию и свойства материалов, что делает расчет более точным.

В данной работе для численного решения задачи о свободных колебаниях станка ОС-4037 был использован программный комплекс ANSYS.

Аппроксимация трехмерной модели портала выполнена элементами Solid45 и Shell63, которые, являются базовыми конечными элементами программы ANSYS. Эти элементы классифицируются следующим образом.

Solid45 – объемный (3D) элемент, применяемый при решении задач механики деформируемого твердого тела; определяется восемью узлами, каждый из которых имеет три степени свободы — линейные смещения в направлениях осей X, Y, Z узловой системы координат.

Shell63 — это упругая оболочка, имеющая возможность учета мембранного растяжения-сжатия и изгиба. Элемент содержит четыре узла с шестью степенями свободы в каждом: перемещениями в направлениях осей X, Y, Z узловой системы координат и углами поворотов вокруг этих осей. Существует вырожденный вариант этого элемента — опция треугольника, что особенно удобно при моделировании участков неправильной геометрической формы.

Сгенерированная программой конечно-элементная модель портала (рис.1) насчитывает 37769 элементов Shell63 и 81297 — Solid45.

Рис. 1. Конечно-элементная модель портала

В результате расчета получены первые пять частот и амплитуд колебаний (табл.1)

Таблица 1

Собственные частоты и амплитуды колебаний станка ОС-4037

№ частоты	Частота, (с^-1)	Амплитуда, (мм)
1		11,00
2		14,98
3		19,48
4		33,28
5		16,46

Формы колебаний и эпюры максимальных перемещений (амплитуд) на первой частоте показаны на рис.2.

Рис.2. Первая форма колебаний

Литература

1. Баженов В.А., Дащенко А.Ф., Коломиец Л.В., Оробей В.Ф., Сурьянинов Н.Г./Численные методы в механике. — Одесса, «СТАНДАРТЪ», 2005. — 563 с.

2. Лимаренко А.М., Сурьянинов Н.Г. Расчет стойки станка портального типа методом конечных элементов//Матеріали ІІІ міжнародної науково-дослідної конференції «Актуальні проблеми сучасних наук: Теорія та практика – 2006» Том 21 – Дніпропетровськ., 2006. – с.36–37.