高精重载车床主轴力学特性的有限元分析.pdfVIP

·机械研究与应用 ·２０１５年第２期 （第２８卷，总第１３６期）　　　　　　　　　　　　　　　　　　研究与分析 高精重载车床主轴力学特性的有限元分析 霸志昊，周　军 （青海大学机械工程学院，青海 西宁　８１００１６） 摘　要：在高科技领域内，高性能、高质量的机械类产品，已成为立足于行业竞争的关键手段。主要对高精重载车床主 轴力学特性进行有限元方法分析研究。采用梁单元ＢＥＡＭ４建模对主轴在切削力作用下的变形情况进行分析；采用 实体单元Ｓｏｌｉｄ４５单元建模对主轴动态特性进行研究。 关键词：主轴；力学特性；有限元 中图分类号：ＴＧ５１　　　　　　文献标志码：Ａ　　　　　　文章编号：１００７－４４１４（２０１５）０２－００４５－０３ ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｙｏｆＨｉｇｈ－ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＨｅａｖｙ－ＤｕｔｙＬａｔｈｅＳｐｉｎｄｌｅ ＢＡＺｈｉ－ｈａｏ，ＺＨＯＵ　Ｊｕｎ （ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＱｉｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＸｉｎｉｎｇＱｉｎｇｈａｉ　８１００１６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅａｒｅａｏｆｈｉｇｈｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒｔｓｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｔｈｅｋｅｙｍｅａｎｓ ｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｈｅａｖｙ－ｄｕｔｙｌａｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ（ＦＥＭ）．Ｔｈｅｄｅｆｏｒｍｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｉｘｔｕｒｅｅｌｅ ｍｅｎｔｓｔｈａｔｃｏｎｓｉｓｔｅｄｏｆＢＥＡＭ４；ｔｈｅｖｉｂｒａｔｏｒｙｍｏｄａｌｉｓａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｉｘｔｕｒｅｅｌｅｍｅｎｔｓｔｈａｔｃｏｎｓｉｓｔｅｄｏｆＳｏｌｉｄ４５． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐｉｎｄｌｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ ０　引　言 １０３ｋＷ，Ｎ＝８２０Ｎ·ｍ，ｎ＝１２００／５５００ｒ／ｍｉｎ。 依照原机械工业部机床工具局的明确规定，重型 ２　主轴静态特性分析 机床主要指已归为大型机床行列的金属切削机床。 机床主轴的静态特性分析主要包括强度及刚度， 通常情形下，重型车床重量 １０ｔ或单机在１００～３００ 高精重载车床主要针对刚度指标进行研究。 ≥ ［１］ ｋＮ间的机床 。其高精度及稳定安全性是评价车床 ２．１　主轴刚度分析计算 优劣的重要指标，主轴单元为机床的关键部位，其动 采用 ＢＥＡＭ４单元对主轴进行离散，采用 ［２］ 静态特性直接关系到整台机床的精度及稳定性 。 ＣＯＭＢＮ１４单元模拟轴承，使用 ＡＮＳＹＳ软件进行分 本文对主轴力学特性采用有限元法进行分析研究，以 析。由图１、２可得出，主轴变形量前段为负值，变形 提高重载车床的性能及稳定性。 方向为向下，尾部部分变形量为负值，则变形方向向 １　主轴部件的结构方式 上，其变形量基本在０．１５ｍｍ以下。在安装顶尖锥 机床主轴部件是指机床在加工过程中带动工件 面与推力轴承接触点为主轴等效应力的集中位置，最 或刀具完成表面成形或切削任务的旋转轴。主轴部 大不超过７２ＭＰａ，余位置不超过５ＭＰａ。 件主要包含主轴及与之相关的传动件、密封件、轴承。 一般而言，主轴部件的加工质量直接取决于部件的动 态、热态和静态特性，而转速又能时刻影响机