立式机床主轴系统动态特性分析

本文以数控自动装卸立式机床主轴系统为研究策略，探讨主轴结构规划对主轴系统稳定性和抗振性的影响。将主轴和支撑轴承简化为弹性系统，并以主轴旋转的离心力作为预应力进行分析，为主轴零件的分析提供了新的分析思路。有限元法被广泛应用于机械工程的分析和计算中。本文对机床主轴进行了有限元分析。主要要求是建立主轴的有限元模型，其中包括为主轴模型设置数据参数，划分网格以及应用边界条件。边界条件可以考虑到轴承支撑元件，即以在轴承支撑取向上的刚度值来增加弹性约束条件。使用有限元方法，我们可以在主轴上执行模态分析和谐波响应分析。 1.1。主轴模态分析当主轴旋转时，质心将周期性地改变轴的方向而相对于轴的惯性力，该惯性力是轴横向振动的主要原因。当主轴转速接近或超过其临界转速时，其振动将显得极为严重。模态分析可以确定机构的固有频率和模式形状，从而避免主轴运行期间的过度振动。 1.2主轴结构规划作为分析和讨论的指南，主轴选择了两种规划结构，一种是长轴结构，另一种是短轴结构。长轴结构图中的主轴被分类为细长轴，长度为736 mm。在第二方案中，中空短轴的中心轴长度显着减小到280mm，并且直径相对增大。可以看出，这两个平面中主轴结构的形状和规格是不同的。通过有限元分析，可以计算出结构的模态参数，并通过效果更好地判断结构。 1.3模态分析的边界条件根据实际情况，主轴受其他部件的约束，即必须设置相应的约束条件。轴承是支撑主轴的组件。它的支撑刚度在转子系统的精度和抗振性中起着决定性的作用。可以通过在主轴和轴承的匹配部分上施加弹性约束，并在主轴的上端与锁紧螺母和其他结构一起来约束主轴，来模拟主轴上的轴承支撑。在X，Y，Z自由度上。确定轴承支撑参数的方法有很多，例如传递函数法，直接方法等。本文使用现有的经验公式来计算角接触轴承的刚度。主轴轴承采用定位预紧方式。在已知预紧力的条件下，角接触球轴承的径向刚度可以近似。 Kr：1.4根据已知参数，具有预应力的模态分析效果仅限于主轴。设置预处理，并根据约束条件施加弹性约束。为了考虑转子旋转时离心应力的影响，设定了主轴转速，即带有预应力的结构模态分析。临界长轴的临界速度比空心轴的临界速度小得多。短轴。加工过程中的速度为3000r / min，空载速度为3500r / min，长轴的低阶临界速度为3180r / min和3192r / min。可以看出，在长轴加工过程中可能会发生较大的振动，而短轴的临界速度远高于实际速度，从而避免了共振的可能性。 2.主轴的谐波响应分析谐波响应分析是研究对象在一定频率范围内受到振动力时发生的变形和应力变化的方法。 mai的约束n轴与模态分析的轴相同。施加的负载为60N·m的扭矩。在长轴和短轴的前端分别收集位移和变形数据。采样间隔为4 Hz，并且在转矩负载的0 Hz至80 Hz的测试间隔中均匀地获得20个采样点。您可以分析在该频率范围内负载下主轴的变形。 3.结论本文在模态分析中考虑了轴承的支撑刚度，并以主轴旋转的离心应力作为预应力。获得计划主轴的低阶固有频率和振型。对比效果表明，空心短轴的动态特性要好于长轴。本文还进行了谐波响应分析，结果表明中空短轴结构在一定频率变化的正弦力作用下变形较小，这与模态分析的效果是一致的。