全套设计（图纸）加扣扣 194535455旋转定位测试实验台的仿真及稳定性的ANSYS分析摘 要论文题目来自于某科研课题，要求设计测试某特定样品对射线吸收效果的专用试验台。测试实验要求同一样品上的任意点能进行重复测量，并且能够保证前后重复测量的重合度在实验误差范围内。基于测试实验对试验台精度与稳定性的要求，以及该设备设计改进需要，对旋转定位测试实验台进行仿真以及稳定性的ANSYS分析。本论文运用Pro/E对旋转定位测试实验台进行了三维建模与动画仿真，利用有限元分析软件ANSYS15.0对所建立模型中的推杆、齿轮、V型槽进行静力学分析，对丝杆进行谐响应分析。Pro/E运动仿真结果表明旋转实验台的运动满足研究需求；ANSYS的静力学与谐响应分析数据表明，各零部件变形在实验误差允许范围之内。分析旋转定位测试实验台所得出的数据、总变形云图（Total Deformation）、等效应力分布云图（Equivalent Stress）、等效应变分布云图（Equivalent Elastic Strain）等为旋转定位测试实验台的后期优化设计给出了依据。关键词：旋转定位 ANSYS Pro/E 静力学分析 有限元分析The ANSYS stability analysis and simulation for the test bench of rotation positioningAbstractThe title of this paper of comes from someones research project require the design of special equipment that can testing the absorb effect of specific sample for gamma ray. The test requires any point in the same sample can be repeated the measurement and ensure the repeated measurement of coincidence degree are within experimental error.Based on the test requirements of the precision stability and the improvement of design.Analysis the test bench of rotation positioning by means of the simulation of the test bench and the stability analysis of ANSYS.This paper use Pro/E establish the 3D model and animation simulation of test bench of rotation positioning ,use the finite element analysis software ANSYS15.0 chose the model push rod,gear,V groove that has been established analysis the part of static structural,pick wire rod analysis the part of harmonic response.The Pro/E motion simulation result suggest that the movement of the test bench of rotation positioning meet the research demand;The analysis data of test bench in static structural analysis and harmonic response analysis show the parts deformation in the allowable range of experimental error. The data ,total deformation equivalent stress ,equivalent elastic strain etc that get from the analysis of test bench give the basis for later stages optimization design.Key words: rotation positioning； ANSYS Pro/E； static structural analysis； finite element analysis 目 录摘 要IAbstractII第1章 前 言11.1选题背景、意义及课题来源21.2旋转定位测试实验台介绍21.2.1旋转定位测试实验台主要机构介绍31.2.2旋转定位测试实验台操作流程介绍51.3旋转定位测试实验台国内外研究现状61.3.1旋转定位测试实验台建模方法研究现状61.4论文主要研究内容及研究方法7第2章 旋转定位实验台分析软件介绍92.1 Pro/E 介绍92.2 有限元法及ANSYS软件介绍92.2.1有限元法简介102.2.2 ANSYS软件介绍10第3章 旋转实验台Pro/E运动仿真与动画制作133.1 Pro/E运动仿真133.1.1 旋转试验台Pro/E装配133.1.2 旋转试验台仿真动画14第4章 旋转实验台的ANSYS静力学与谐响应分析164.1 实验台的ANSYS静力学分析164.2 推杆静力学分析164.3 V型槽静力学分析194.4 齿轮静力学分析234.5 丝杠谐响应分析274.6 结果分析304.6.1 推杆结果分析314.6.2 V型槽结果分析314.6.3 齿轮结果分析314.6.4 丝杆结果分析314.7 小结32结论33致 谢34参考文献35III全套设计（图纸）加扣扣 19453545536第1章 前 言1.1选题背景、意义及课题来源论文题目来自于核技术应用专业的科研课题，要求设计专用的实验台，测试某特定样品对射线吸收效果。实验台要求能对同一样品上的任意点进行重复测量，并且能够保证前后重复测量的重合度在实验误差范围内。实验台由2014届的陈涛学长完成了详细设计，并在2015年3月与严亚鹏同学合作完成了样机的加工与改进设计，交由核技术实验室完成了前期实验。设备使用人员及毕业设计指导老师要求针对该设备做出三维仿真设计和设备稳定性分析报告。由于该实验台应用于专业特殊领域，也没有对类似设备的研究，因此对该实验台的三维建模及动画仿真将为客户提供产品直观的功能和机构组成展示；对实验台的稳定性分析，主要针对其重要零部件进行的静力学分析和谐响应分析，将为设备的持续改进设计提供数据支持和改进方向，为设备的使用与维护提供指导。1.2旋转定位测试实验台介绍旋转定位测试实验台基于其应用范围的特殊性，属于专用设备。此试验台用于测量某样品对射线的吸收效果，测量要求：对样品任意点，进行对射线吸收率的重复测量，重复测量点要求前后重合度保持一致。这就要求试验台在第一次确定任意测量点之后，在之后的重复测量之中必须找到之前测量的那个任意点位。由于测量样品是圆饼状，所以从圆内任意点的定位方法这一思路出发，采用确定任意点位的圆心距及圆心角为参数要求，从而实现对任意点位的重复测量。旋转定位测试实验台的定位原理图如图1-1样品用半径为R的圆表示，并以圆心为原点O建立直角坐标系。其中任意点位在圆内。其位置通过参数半径r和圆心角确定。图1-1旋转实验台定位原理在将任意点位的重复定位，这一理论转化为实际的机构进行实物制造时，采用了如图1-3普通的螺母丝杠和导轨结合的机构，进行任意点位的径向定位，这使得放射性光源相对于样品圆心的距离可在0-R范围内变动。如图1-2采用型槽对样品进行定心，如图1-4利用可调弹簧和挡块对样品进行加紧。如图1-2采用两个啮合的大小齿轮传动对型槽进行旋转，从而获得相应点位所需要的转角值。通过上述机构对这两个参数的确定，就解决了任意点位重复定位的测量要求。1.2.1旋转定位测试实验台主要机构介绍旋转定位测试实验台主要由三大大机构组成：旋转定位机构、径向进给机构、夹紧机构。旋转定位机构如图1-2：采用一对大小齿轮啮合，利用步进电机带动小齿轮旋转从而带动大齿轮旋转。由于大齿轮与V型槽的一端是焊接在一起的，所以当步进电机工作时通过齿轮传动就带动了V型槽的旋转，从而达到了旋转角度可控制的目的，其控制方式采用了对步进电机的PLC编程的方式来解决。因为小齿轮与大齿轮的齿数比为60:180，所以由其传动比与齿数比成反比为：2:1。此次步进电机的设定方式为：每按一下启动按钮，小齿轮转过角度为60，由此可计算出大齿轮的转角位30，所以夹紧在V型槽之上的样品旋转角度也为30，因此可知同一半径之上，可以对12个点位进行重复测量，这个设定满足了研究者的研究需求。如果需要再增加测量点位可以对PLC编程语言进行修改。图1-2旋转定位机构径向进给机构如图1-3：采用左右两侧板支撑V型槽，利用丝杠和推杆对型槽进行整体的径向进给，从而使得待测样品圆心，相对于放射性射线有径向为-R的变化范围，这样就确定了任意点位的半径r参数，r的调节方式是通过旋转手轮来实现的。图1-3径向进给机构夹紧机构如图1-4：采用两个弹簧和螺钉相配合的方法夹紧样品。由于螺母的松紧可以人为调节所以可以调节不同的夹紧力，夹紧力的调节效果由弹簧的劲度系数K决定，对此可以采用不同劲度系数值的弹簧来满足要求。图1-4夹紧机构1.2.2旋转定位测试实验台操作流程介绍如图1-5为旋转定位测试实验台的具体工作图。首先通过图中的四个调节螺母和水平检测管将试验台的底座调节水平，接下来放置射线能量检测仪，然后人工向V型槽之中添加待测样品，并夹紧，之后放置射线源，通过径向进给控制手轮使样品相对于射线的偏移量达到适当值，记录第一测量点位数据，按下步进电机启动按钮测量第二点位数据，重复以上步骤直至这一半径上的第十二个点位，这样第一次的十二个任意点位数据已经测量出来了。保持其他部分不变进行这十二个点位的第二、三等多次重复测量，这就是旋转定位测试实验台的具体工作操作步骤。图1-5实验台工作1.3旋转定位测试实验台国内外研究现状由于设备应用领域的特殊性，旋转定位测试试验台属于应用于专用领域的专用设备，基于这种独特的现状，笔者在这里参考了本次研究实物的设计者，陈涛学长样品旋转定位测试试验台的设计一文。本文之中确切指出：“目前国内外还没有相关领域的研究，国内外目前还没有相关的设备，这是一个全新的课题1。”所以，针对旋转定位测试试验台的仿真和稳定性分析的专门文献也还没有，为此笔者就必须就此现状，给出应对之法，由于此设备运用了丝杆、齿轮、推杆、V型槽等成熟常用的零件，所以通过对国内外文献对这些传统零部件的建模和分析手段进行研究对本论文研究具有指导性意义。在基于ANSYS的加工中心工作台组件的有限元分析及优化一文中作者使用三维绘图软件 Pro/E 进行研究对象的建模，有限元分析则是使用ANSYS2。在三维建模之中主流软件有：UG、Solid Works、CATIA、Pro/E，有限元分析软件有：ANSYS、ADINA、ABA