高速电主轴中主轴-机壳振动传递力学模型

主轴的振动是影响机床加工精度的重要因素,且包含大量机床的工况信息。在保证精度的条件下,为实现主轴振动加速度能够在机壳外部测量,建立了主轴与机壳之间的振动传递力学模型。针对力学模型中的未知参数,基于Hertz理论和最小二乘法理论相结合的方法求解出轴承的线性刚度;基于Hooke定律,利用Ansys软件求解出电主轴固定基座的刚度。以170XDS20Z11型电主轴作为实验对象进行实验验证与仿真分析。结果表明:在机壳上测量振动信号,通过该模型可以高效、准确地推导出主轴真实振动。此理论可以运用到主轴振动间接测量方法中,提高测量精度。     

HTM125车铣复合加工中心主轴箱的动力学特性

目的分析HTM125重型双刀架五轴联动卧式车铣复合加工中心关键部件—主轴箱动力学特性,提供优化结构依据.方法应用Solidworks建立HTM125车铣复合加工中心主轴箱三维模型,并把建立的三维模型导入ANSYS Workbench中分别进行模态和谐响应的分析.结果得出车铣复合加工中心主轴箱的前6阶固有频率、振型云图以及关键点沿X、Y和Z向的幅频曲线.主轴箱前6阶振型云图表明了主轴箱发生共振时的振动趋势和箱体的薄弱环节,通过对主轴箱固有频率和关键点谐响应变形量的分析,得到了机床加工时主轴箱应该避开的激振力频率,保证了零件的加工精度.结论得到了主轴箱结构的动态特性参数,为后续主轴箱优化提供理论依据.     

凸轮轴高速数控磨床主轴静动态特性

以凸轮轴高速数控磨床主轴系统为研究对象,对主轴系统进行了三维有限元建模.建模过程中,将轴承支承简化为弹性支承,利用有限元分析软件Ansys Workbench对主轴系统进行了静力学分析、模态分析以及谐响应分析.得出主轴系统应力应变云图,主轴系统的前6阶固有频率和振型以及频响曲线图,并计算出主轴系统的静刚度和相应的临界转速.分析结果说明,主轴系统在工作过程中不会发生共振,且主轴的共振频率范围发生在2 800 Hz附近.对主轴系统的静刚度进行试验测试验证有限元分析的可靠性,两者之间的误差为12.9%.     

基于结合面的机床摄动分析及优化设计

从简单结构的动力学本构出发,采用撮动理论对基于结合面的机床整机动力学特性进行了分析,指出了结合面的参数变化对整体质量、刚度和阻尼矩阵的影响.通过对比摄动前后刚度和阻尼矩阵的变化,阐述了在整体刚度矩阵摄动下机床动态性能的变化规律,并对动梁式龙门机床进行了特征值的灵敏度分析和定量化动态优化设计,指出了4个结合面刚度对机床固有频率的影响程度,获得了将机床第1阶固有频率从29 Hz提高到35 Hz所需的导轨结合面的确定刚度值.有限元仿真结果表明,特征值一阶摄动法的误差在5%以内,从而为机床结合面的定量化设计提供了理论依据.     

不共振星轮装载机构转速的确定

为了研究星轮转速对连续采煤机和掘进机装载机构效率的影响,采用有限元分析软件ANSYS,对星轮装载机构进行了模态分析和谐响应分析,分别得出了星轮机构前10阶固有频率及位移与频率的关系曲线,确定星轮机构不发生共振的激振频率在1.8～2.6 Hz,星轮机构工作的安全转速在36～52 r/min.该研究为改进星轮的设计和改善星轮的性能提供理论依据.     

利用MRD实现并联机床振动控制的研究

为解决并联机床实际结构动态特性差的弱点,将并联机床简化成黏性阻尼动力学模型,根据振动理论,分析了改变阻尼减小振动的机理.只有在外激励输入频率与结构固有频率的比值超过某一比值时,采用变阻尼控制才有可能同时取得位移峰值和加速度峰值的减少,取得减振控制效果.探讨了半主动控制提高并联机床的动刚度原理,提出采用磁流变液阻尼器作为减振器,提高其动态特性的方法.根据磁流变体的宾汉塑性模型,结合并联机床的特点,设计和制作了并联机床磁流变减振器虎克铰.     

基于翼型内部结构的风力机叶片动力学特性有限元分析

基于ANSYS Workbench软件,对翼型内部结构为单腹板和双腹板的风力机叶片进行了模态、应力和应变分析,获得了叶片前6阶振动频率、应力分布云图和叶片变形云图。研究结果表明,在静频情况下,单腹板结构的一阶振动频率为4.052 7Hz,双腹板结构为4.048 6Hz,且单腹板结构的各阶固有频率均比双腹板结构略大;在转速作用下,单腹板结构的第一阶振动频率增加了0.164 4 Hz,双腹板结构增加了0.162 9Hz,单/双腹板风力机叶片振动频率的变化规律受转速影响的差异很小;在相同载荷作用下,单/双腹板结构的最大应力分别为127.77 MPa和124.21 MPa,单/双腹板结构的叶尖挠度分别为378.16 mm和347.54mm,故双腹板风力机叶片的力学性能要优于单腹板风力机叶片。     

基于偶应力的转子叶片理论分析及数值仿真

针对航空发动机的转子叶片的振动问题,在传统力学的基础上考虑了偶应力,利用8节点6自由度单元,编写单元刚度矩阵进行二次开发.计算结果说明考虑偶应力后并不改变转子叶片模型的变形,前三阶变形仍然是弯曲,扭转及复合变形;偶应力的作用对刚度具有软化作用,使模型前9阶频率变小.     

冠状动脉植入支架的动态特征分析

采用有限元分析方法,研究了镁合金冠状动脉支架在植入过程中由膨胀产生的弹塑性大变形行为,得到了支架内等效应力随膨胀加载位移的变化规律. 考虑了支架回弹后残余变形、残余应力以及血管约束对其动态特征的影响,计算了支架前5阶的固有频率、相应的振动模态以及在简谐激励下的位移响应. 分析结果指出,植入支架经过膨胀和回弹变形后,前5阶固有频率均会显著降低,并且残余应力对支架固有频率和振动模态影响较小. 考虑血管约束时,支架的前4阶固有频率有所改变,但是不影响振动模态特征. 并且指出支架较之扭转和呼吸变形更易产生弯曲变形. 这些结果可为支架强度和刚度的优化设计提供参考.      

基于非线性振动的上悬式离心机可靠性分析

为了研究非线性振动对上悬式离心机频率可靠性的影响,用有限元法建立包含电磁参数、机械结构参数和糖膏流体参数的上悬式离心机主轴系统非线性动力学方程。采用多尺度法求解系统非线性振动频率因子,结合人工神经网络技术,拟合出材料参数与固有频率之间的关系。以频率可靠性理论为基础,依据可靠性的关系准则,定义系统的失效模式,建立基于非线性振动的上悬式离心机主轴系统的可靠性模型,并进行了仿真分析,给出系统工作转速应该避开的不可靠运行区域。研究结果表明,当系统转速为152 r/min、197 r/min、417 r/min和811 r/min时,系统的可靠度明显降低,并趋向于0,其中当转速为152 r/min、197 r/min、417 r/min时,是由于线性共振失效引起的;而当转速为811 r/min时,是由于非线性组合共振失效引起的。即考虑非线性因素时,系统产生了非线性频率因子,当该非线性频率因子与系统的固有频率相近时,系统的可靠度将趋向于零。因此,系统的正常工作转速不仅要避开线性共振引起的不可靠区域,也要避开非线性共振引起的不可靠区域。     

某动平衡机主轴自由振动模态仿真计算

基于模态分析理论,对某动平衡机主轴进行了自由振动模态仿真计算,分析了主轴前五阶固有模态,确定了其振型及对应的固有频率,并根据计算出的固有频率绘制出了主轴共振转速图。     

空调器机壳的实验分析和有限元计算

通过对空调器机壳的实验模态分析,找到了易引起共振的第三阶模态,并用有限元分析软件对机壳的动态特性进行了分析,证实了实验结果,即193.36Hz这个频率成分很危险。提出了通过采用阻尼涂料,低噪声复合阻尼钢板及对机壳进行局部约束阻尼处理等方法减小机壳振动和噪声的措施。     

基于振动速度与噪音的横梁动态特性优化

针对某型小五轴高精密数控机床加工精度不高的问题,对其横梁的动态性能进行研究.采用锤击模态测试实验与有限元模拟计算相结合的方法,对横梁的固有频率进行研究;测量主轴不同转速下的振动速度和振动噪音,通过赋权处理,建立振动评价指标方程,得到优化目标;对所研究横梁进行形状优化.试验与仿真所得固有频率最大误差为5.76%;基于主轴振动情况确定83~117 Hz的频率范围,作为横梁设计时需要避开的低阶固有频率范围.经过形状优化后,横梁的一阶固有频率为139 Hz,相较于原横梁增加了约20.870%,横梁的动态性能得到改善.     

基于轴承动刚度的电主轴动态特性影响因素分析

目的研究不同条件下角接触轴承动刚度对电主轴动态特性的影响,为优化主轴动态特性提供理论支持.方法基于拟动力学研究方法求解角接触轴承动态性能,建立电主轴转子系统有限元模型分析不同轴承滚珠材料和预紧力对轴承动刚度及电主轴动态特性的影响.结果钢球轴承刚度小于陶瓷球轴承,且随着转速提高,钢球轴承刚度下降较快;装配陶瓷球轴承电主轴一阶固有频率较高,工作端位移较小;随着预紧力提高,角接触轴承刚度软化效应减弱,主轴固有频率增大,轴端位移减小.结论改用陶瓷滚珠或者适当提高预紧力都能有效改善轴承动力学特性,提高电主轴固有频率,使得主轴动态特性得到优化.     

向心透平叶轮振动频率的有限元分析

应用ANSYS有限元软件对一个小型燃气轮机向心涡轮的叶轮固有频率进行了数值分析．基于有限元方法建立了叶轮的振动方程，对方程中非线性的初应力刚度矩阵与离心刚度矩阵采用了线性简化，应用Block—Lanzos法求解振动方程的特征值．结果表明，当叶轮转速上升时，旋转柔化效应使叶轮的低阶振动频率，尤其是第1阶弯振频率不断下降，到某个转速时出现“零频”现象，原高阶静频依次成为低阶频率；第1阶振型发生变化，但是基频大小基本没有变化；整体式叶轮主要振动形式是叶轮的弯扭振动．     

惯性导航平台角振动抑制技术

为了抑制惯性导航平台的角振动,基于隔振理论,建立了具有弹性支承的六自由度刚体在基座位移激励下的振动微分方程.分析了振动方程解耦的参数条件;依据惯导平台减振系统线振动固有频率尽可能低、角振动固有频率尽可能高的设计原则,利用抗扭软轴来增加系统的角刚度,并采用有限元模型进行了数值仿真.模态分析结果表明,设置抗扭软轴后,角振动模态频率提高至无抗扭软轴时的2.3倍左右,且对线振动模态频率不产生影响.频率响应分析结果表明,抗扭软轴能够提高平台角振动固有频率,表征角振动的位移频率响应共振频率由27 Hz提升至64Hz左右,并且角刚度的增大使角偏移降低了一个数量级.由此表明,采用抗扭软轴来增大惯导平台减振系统角刚度、抑制角振动是有效可行的.     

基于传递矩阵与有限元法对陶瓷电主轴转子动态特性的分析

目的求解170SD30-SY无内圈陶瓷电主轴转子的固有频率,分析转子动态特性.方法利用Prohl传递矩阵法、有限元法对陶瓷电主轴转子进行了固有频率的计算和仿真分析,并绘制位移与频率、刚度与频率曲线,对陶瓷电主轴转子动态特性进行分析.结果通过Prohl传递矩阵法求解的结果与有限元仿真结果对比,固有频率误差最大为12%,有限元分析得出转子前四阶振型,主轴前端振动范围及刚度与固有频率的变化趋势,从而便于研究预紧与振动之间的关系.结论通过计算与仿真验证,证实两种方法的可行性及有限元法便于求解分析,得出陶瓷电主轴的固有频率高于普通钢轴,增加刚度有利于固有频率的提高,为陶瓷电主轴转子的动态特性分析提供充分依据.     

钢丝绳减振器幅频特性研究

利用钢丝绳减振器的二自由度振动模型,分别讨论了在基础激励条件下质量、阻尼、刚度对系统幅频特性的影响.研究表明,基础的简化质量及刚度对系统共振时的幅值和固有频率都有影响；钢丝绳减振器的阻尼和地基阻尼均对系统共振时幅值影响比较明显,而对固有频率影响较小；其它参数对幅频特性影响较小,同时结果也表现出明显的非线性特性.     

带阻尼套筒的迷宫气封结构振动特性研究

对带阻尼套筒的迷宫气封结构进行了振动特性的计算分析,通过建立接触面刚度矩阵来模拟阻尼套筒对迷宫气封结构固有振动特性的影响.重点分析了结构固有频率随刚度比β、质量比γ和转速Ω的变化情况,并对结构的振型协调共振问题进行了分析;对各参数进行无量纲处理,使所得结论具有通用性.     

主轴箱动/静/热态特性综合分析与优化

为了提高主轴箱的静刚度,并减少其变形以及振动对整机加工精度的影响,该文对某大型旋风铣床主轴箱进行了动/静/热态特性仿真分析和综合优化。基于主轴箱模态分析识别出结构的薄弱环节,采用方案对比法对薄弱环节进行了改进研究;并基于热-结构耦合方法对主轴箱进行仿真,得到了力热耦合条件下主轴箱的温度、位移和应力分布云图,并提出相应的改进方案;最终获得主轴箱综合优化方案。优化后的主轴箱一阶固有频率提高了5.02%,最大变形量减小了约80%,最大等效应力减小了76.5%,且质量减小了5.6%。主轴箱的动静刚度得到了提高,热变形与应力也得到了改善,同时为其它关键件的综合特性分析优化提供了借鉴。