2017年5月23日

簡單分析電主軸系統(tǒng)的有限元

引言高速精工機(jī)床電主軸的動態(tài)特性嚴(yán)重影響機(jī)床的加工性能直接制約著機(jī)床的加工質(zhì)量和精度近年來國內(nèi)外學(xué)者對電主軸進(jìn)行了大量研究研究成果顯著采用有限元和試驗(yàn)分析對精工機(jī)床主軸部件進(jìn)行動力學(xué)分析驗(yàn)證精工銑床主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性[1]利用彈簧阻尼單元模擬軸承支承的方法建立主軸系統(tǒng)動力學(xué)模型并對高速精工機(jī)床主軸系統(tǒng)進(jìn)行了模態(tài)和諧響應(yīng)分析[2]Lin 利用有限單元法建立電主軸的動力學(xué)模型結(jié)合熱效應(yīng)的作用通過動力學(xué)模型預(yù)測熱預(yù)緊力對軸承剛度的影響[ ]本文以某機(jī)床電主軸為研究對象建立主軸-軸承的主軸系統(tǒng)有限元模型通過模態(tài)分析驗(yàn)證主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性以及諧響應(yīng)分析得到主軸剛度驗(yàn)證主軸剛度是否滿足設(shè)計要求主軸系統(tǒng)的有限元模型建立本文采用命令流輸入法直接在 ANSYS 中建模主軸的幾何模型采用自底向上的創(chuàng)建方法先創(chuàng)建一個二分之一主軸二維平面的PLANE42 單元然后沿主軸軸心線 360 擠壓出主軸為了使計算結(jié)果精確主軸采用 SOLID45 單元選擇六面體單元為網(wǎng)格劃分單元形成 60396 個單元 66492 個結(jié)點(diǎn) 通過三維實(shí)體單元和彈簧阻尼單元相結(jié)合的方式建立主軸系統(tǒng)動力學(xué)模型模型相關(guān)參數(shù)設(shè)置彈性模量為 2.07e11Pa 泊松比為 0.25 材料密度為 7800Kg/m3在模型中以 66481 66492 這 12個結(jié)點(diǎn)及其對應(yīng)的點(diǎn)建立 12 個COMBIN14 彈簧阻尼單元彈簧剛度前端徑向?yàn)?306N/ m 軸向?yàn)?26 N/m 后端徑向?yàn)?87N/ m 主軸的約束按照主軸的實(shí)際裝配情況主軸前端軸向和徑向同時約束后端只約束徑向即約束 66481 66488 結(jié)點(diǎn)的 X 和Z 方向約束 66489 66492 結(jié)點(diǎn)的 Y方向約束及網(wǎng)格劃分如圖 1 所示主軸系統(tǒng)有限元分析2.1 主軸系統(tǒng)模態(tài)分析機(jī)床主軸系統(tǒng)理論上是由無數(shù)個固有頻率及相對應(yīng)振型組成具有無限多個自由度的系統(tǒng) 通常在模態(tài)分析時只需考慮幾個低頻固有模態(tài)即可本文只取 10 階模態(tài) 通過 ANSYS 軟件計算得到的各階固有頻率如表 1 所示前六階振型如圖2所示由表 1 可以看出主軸的工作區(qū)間能有效避開共振區(qū) 不會發(fā)生同頻共振此外各階固有頻率之間有一定的差距也不會出現(xiàn)頻率靠的很近發(fā)生諧振影響機(jī)床精度因此精工縱切機(jī)床主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理2.2 主軸諧響應(yīng)分析在主軸端面第 24967 號結(jié)點(diǎn)施加大小為 1000N 的軸向激振力結(jié)果如圖所示由圖可知當(dāng)激振力的頻率位于 800 900Hz 之間時主軸前端的軸向響應(yīng)位移急劇增加主軸的動剛度顯著下降在 1400l600Hz 時主軸軸向響應(yīng)也較大主軸軸向響應(yīng)在 825.89Hz 時達(dá)到****** 此時的振幅為,，精工縱切機(jī)床主軸的動剛度為 3.3N/m 滿足主軸剛度的設(shè)計要求結(jié)論通過建立精工縱切機(jī)床的主軸-軸承主軸系統(tǒng)的有限元模型對主軸系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析獲得各階固有頻率及振型主軸系統(tǒng)的二階固有頻率為 825.89Hz 遠(yuǎn)小于機(jī)床主軸最高轉(zhuǎn)速 8000 r/min 對應(yīng)的頻率所以主軸的工作區(qū)間能有效避開共振區(qū) 不會發(fā)生同頻共振驗(yàn)證了主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性通過對主軸系統(tǒng)進(jìn)行諧響應(yīng)分析獲得在1000N 的軸向激振力下主軸軸向的振幅為，動剛度為3.3N/ m 滿足設(shè)計要求本文由海天精工文章整理發(fā)表,，文章來自網(wǎng)絡(luò)僅參考學(xué)習(xí),，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。http://sweetieny.cn加工中心,、鉆攻中心專業(yè)制造

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