数控车床主轴部件有限元分析及其验证

研究了主轴部件有限元动力学分析模型的建立方法,分析得到弹簧阻尼单元沿圆周方向布置角度的变化,对有限元分析结果影响很小,因此采用沿圆周方向均匀布置的弹簧阻尼单元模拟建立主轴支承模型的方法,确定了建立较为合理的分析模型.以沈阳第一机床厂生产的CKS6125数控车床为研究对象,对主轴部件进行动力学仿真分析.通过机床主轴部件动态性能试验,验证了有限元分析模型可行性和分析结果可信性.     

考虑直线导轨影响的数控机床动态性能分析

为了提高机床产品设计的成功率,需要在产品设计完成后,物理样机制造出来之前对其进行分析和评价.直线滚动导轨是数控机床常用的重要部件,因此对采用滚动导轨的数控机床的动态性能进行分析,研究对数控机床性能的影响具有非常重要的意义.以某机床厂生产的CKS6125数控机床为研究对象,提出了机床导轨结合部特性仿真分析的有限元方法,研究了导轨支承部分弹簧阻尼单元的布置,建立了CKS6125机床进给系统有限元模型,对机床的动态性能进行分析和确认.最后采用试验的方法对有限元分析模型进行必要的验证.     

轴承结合部动态参数识别与等效分析模型的研究

针对轴承结合部有限元分析模型参数难以确定的问题,提出了基于模态实验数据的建模方法,分析了球轴承接触变形的特点.利用拉格朗日力学分析原理建立了球轴承装配结构3自由度的动力学方程,依据模态实验测得的固有频率和阻尼比,采用最小二乘法解得单个钢球在接触法线方向上的刚度和阻尼,进而计算得到了轴承结合部在径向、轴向以及转角等3个方向的刚度和阻尼.采用弹簧阻尼单元模拟轴承结合部的结构动力学方程,通过与由拉格朗日力学分析原理建立的动力学模型的对比,来确定弹簧阻尼单元的数值,并建立了轴承结合部有限元分析模型.研究结果表明:在对装配结构有限元进行分析计算时,结构前3阶固有频率及振型与实验测得的振型一致,对应固有频率的相对误差在5%以内.     

全陶瓷主轴-轴承单元的动力学研究

目的研究全陶瓷电主轴预紧力与固有频率的关系,为优化预紧力提供软件分析模型.方法应用赫兹理论计算出在全陶瓷角接触球轴承预紧后的接触应力,接触变形和静接触刚度的数值解,同时在改进传统的弹簧阻尼式主轴动力学软件仿真分析模型的基础上,计及轴承预紧后轴承的静接触刚度,以全陶瓷主轴-轴承单元为研究对象进行有限元结构分析,所得结果通过赫兹计算分析的数值解矫正,分析其动力学特性.结果全陶瓷主轴-轴承单元模型通过模态分析所得三阶固有频率和振型与模态实验分别相差19.59%、1.27%、16.06%;而电主轴传统分析模型所得三阶固有频率和振型与锤击实验分别相差24.39%、14.47%、33.78%.结论通过实验数据验证,全陶瓷主轴-轴承单元模型在分析全陶瓷电主轴动力学特性上更接近模态实验的结果,能够得到更为准确的固有频率和振型.     

GWC6066船用齿轮箱振动噪声分析及试验

采用弹簧单元模拟轮齿啮合刚度,杆单元模拟箱体间的联结螺栓,弹簧阻尼单元模拟滑动轴承和滚动轴承,建立由齿轮、传动轴、轴承和箱体等组成的GWC6066船用齿轮箱动态有限元分析模型及声学边界元模型;分析了齿轮箱在内部动态激励下的动态响应,预估了齿轮箱的振动烈度、结构噪声及空气噪声,并对齿轮箱进行实验模态分析及振动噪声测试,与仿真结果对比分析,二者吻合良好。     

基于Ansys Workbench的CJ190Z4机床主轴实验模型振动力学分析

目的研究CJ190Z4机床主轴模型机壳和主轴的动静态特性,得到主轴前6阶固有频率,振型和变形应力等,确定主轴前端及中端位移-频率关系和相位角-频率关系.方法利用Solidworks建立了CJ190Z4机床主轴模型的三维实体模型,将实验模型分为主轴和机壳两个子单元,运用Ansys Workbench有限元分析软件,对CJ190Z4机床主轴系统进行静力和动态分析,在此基础上进行谐响应分析,通过实测得到实验模型的刚体振动模态.结果不同温度下的主轴的固有频率不同,20℃下的前3阶固有频率分别为151.1 Hz,1 152.9 Hz,2 157.3 Hz,机壳单元的固有频率最小为255.15 Hz.主轴的1阶临界转速n=69 066 r/min,远大于主轴的最高工作转速3 000 r/min,主轴能有效地避免共振发生,保证了主轴的加工精度.主轴最大位移量是4.1μm,最大应力是19.5 MPa.固有频率随温度升高而降低.结论提高主轴的刚度和阻尼,可以有效减小振动变形,避免共振现象的发生;提高机壳单元的1阶固有频率或加设阻尼抑制机壳单元1阶共振,应加强机壳单元基础板的抗弯刚度.     

直拉式单晶炉动态性能分析与预测

采用弹簧-阻尼单元模拟直拉式单晶炉结合部的连接,建立TDR-120型直拉式单晶炉整机动力学分析模型。利用ANSYS软件进行模态分析,获得了该类型单晶炉结构的振动特性,并将模拟结果与采用刚性连接的模拟结果进行对比。结果表明,本文建立的模型具有较高的准确性,能够分析和预测直拉式单晶炉的动态性能。     

关于机床多支承主轴部件的支承孔不同轴时一些问题的讨论

本文采用影响系数法讨论了机床多支承主轴部件支承孔不同轴时的一些影响,推导出由于支承孔不同轴时所引起的支承反作用的一般计算公式.文中着重分析了对三支承主轴部件为消除其支承反作用的不良影响应采取的措施;并将有关结论推广到多支承主轴部件.     

HMC50型卧式加工中心主轴系统固有频率分析

主轴系统是数控机床的重要组成部分,其动态特性是影响机床加工精度的主要原因之一.本文运用有限元分析软件ANSYS对主轴系统进行分析,建立了HMC50型卧式加工中心主轴系统的三维有限元模型并进行模态分析,得到了主轴系统的前七阶固有频率和模态振型,计算了临界转速.验证了主轴系统结构设计的合理性,为今后机床的性能改进提供了理论依据.     

基于Pro/MECHANICA的机床支承件的振动模态分析

通过三维软件Pro/E建立了机床滑座与床身的三维模型,采用Pro/MECHANICA软件建立了有限元计算模型.通过模态分析,计算了滑座与床身1至3阶的固有频率和振型,分析了各阶振动模态的特点,所得结果有利于机床支承系统的动态特性分析和整体设计.     

后置式静压电主轴的动态特性及影响因素

本文以某超精密磨床电主轴为研究对象,通过建立弹簧阻尼单元来模拟静压轴承,分析讨论了不同的弹簧阻尼单元的刚度值和结构设计参数对其固有频率的影响规律。然后取弹簧阻尼单元的刚度值为500 N/μm,讨论不同的结构阻尼比对电主轴装置幅频特性的影响规律,为结构的优化和磨削参数的确定提供了参考依据。     

基于有限元的汽车变速器耦合系统动力学分析

利用三维实体单元、弹簧阻尼单元和耦合矩阵单元的混合有限元方法建立了某型汽车变速器有限元实体模型,对三档下的变速器传动系统和总成进行了模态分析;对包括斜齿时变啮合刚度、冲击和误差激励在内的两个内部激励作用下的变速器传动系统耦合模型动态响应进行了计算.结果表明,三档特定工况下变速器不会发生共振;耦合系统振动响应频谱成分存在分频、倍频及调制频率成分,振动响应表现出多周期的非线性特性.该研究为变速器的噪声分析和优化设计打下基础.     

基于混合蛙跳算法的机床主轴优化设计

对机床主轴的多参数优化设计的群智能算法进行研究.通过分析主轴的受力情况以及边界条件,建立了机床主轴的非线性约束优化的数学模型;同时介绍了混合蛙跳算法(Shuffled Frog Leaping Algorithm,SFLA)的基本原理,并将SFLA应用到实例计算中,得到了机床主轴结构参数的优化组合.试验结果表明,SFLA比其他常规优化算法的求解结果更可靠,充分显示了SFLA在机床主轴部件优化设计中的效益和应用价值.     

一种六轴混合驱动数控机床的方案设计

机床的串联驱动和并联驱动各有其优缺点,根据数控机床的特点,设计了一种新型六轴串（３ＤＯＦ）并（ＤＯＦ）联混合式驱动立卧两用数控机床方案,该方案不仅继承了传统机床串联驱动的优点,如工作空间大,对物流的开发放性好以及控制虎法简单等,而且集成了并联驱动的高速、高刚度及高精度的特点;通过合理分析和设计被动关节,扩大了动平台的摆动范围,使主轴实现了立卧两用,龙门式布局型式提高了机床的刚度及与物流的亲和性。     

用主轴转速波动信号在线监测铣刀破损状态

讨论了用主轴转速波动信号在线监测铣刀破损的可能性．主轴转速波动信号由安装在铣床主轴上的光电编码器获取，给出了高速采集主轴转速波动信号的采集板原理框图．对转速波动信号进行时域分析，从中抽取不同的特征参量进行信息融合来监测铣刀破损状态     

基于球杆仪的三轴数控机床热误差检测方法

热误差是影响机床加工精度的主要误差项．为了快速检测机床自身热误差，在研究机床综合误差和球杆仪检测原理的基础上，提出了一种快速有效的检测方法——球杆仪法．通过建立三轴数控机床的几何误差和热误差的综合误差模型，提出机床的几何误差和热误差的检测及分离方法，并对影响加工精度较大的主轴与Z导轨的平行度误差、标尺热变形导致的比例误差以及滚珠丝杠变形导致的周期性误差等主要热误差项进行了球杆仪圆轨迹测试法的模拟仿真，通过进行球杆仪检测实验，测得机床空载时的主轴端热漂移误差，得到其变化规律曲线．相对于传统热误差检测法，该方法简捷有效．     

数控机床主轴热特性分析

主轴热误差是数控机床热误差的主要组成部分,热弹性现象是交替变化的热源作用在构件上产生的,误差补偿是提高机床精度的最有效方法之一．为此,提出并分析了一维主轴热弹性现象产生的原因及其重要特征,并通过有限元分析和实验验证了热动态特性的存在及变化规律．随着时间的增长,温升．热变形之间的关系会逐渐趋近稳态,但不可能获得绝对的稳态．在传热过程中,随着传热距离的增加,温度变化滞后性越大．     

机床结构振动模态灵敏度的矩阵摄动分析法

采用矩阵摄动法导出了机床结构振动模态的灵敏度分析方法,并给出了复杂结构模态灵敏度的子结构表达方式。用所编制的计算机程序,对机床主轴部件的模态灵敏度进行了分析,所得结果与用直接搜索法一致。     

一种新的机床变速箱噪声诊断法

本文提出机床变速箱噪声直接诊断方法。在箱体外壁听诊,可初步诊断某些主要噪声源的相关元件或所在方位。采用测头近距测试有关元件的噪声,能够迅速准确地确定变速箱的主噪声源。并使用精密声级计,测量箱体有关表面各点声压及对主要噪声元件近距频谱分析。