基于有限元法的数控车床主轴系统频率可靠性分析

基于有限元法参数化建立主轴系统三维有限元模型,将轴承简化为弹性支撑.考虑皮带轮和卡盘的影响,对整个主轴系统进行模态分析,得到主轴系统的前八阶固有频率及固有振型.进行临界转速分析,将工作转速与非零最低阶频率对应的转速进行比较,验证主轴设计的合理性.利用ISIGHT集成ANSYS进行正交试验设计并计算非零最低阶固有频率,将有公差范围要求的轴段的直径和长度以及基本物理参数作为随机变量,采用BP神经网络拟合主轴系统非零最低阶固有频率与随机变量之间的关系.利用一次二阶矩法计算主轴系统在特定转速下的可靠度并求解各随机参数的可靠性灵敏度.     

轴承预紧力对风电主轴动态特性影响的仿真分析

轴承预紧力对风电机组主轴的动态特性有着重要的影响。首先,建立了预紧力与主轴系统的关联关系,并计算了不同预紧力对应的轴承刚度值,进而分析预紧力与刚度之间的关系。然后,建立了以圆锥滚子轴承为支承的两点式和单点式支承的风电主轴的有限元分析模型,分析了预紧力对两种支承方式的风电主轴模态振型、固有频率、临界转速以及稳定性的影响。结果表明：圆锥滚子轴承预紧力增大会引起轴承刚度增大,可进一步提高主轴的固有频率、临界转速和稳定性;单点式支承比两点式支承的主轴临界转速大以及更稳定。合理选取轴承预紧力,可提高主轴的稳定性。     

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.     

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。     

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.     

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.     

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%.     

基于传递矩阵法的坡口机床主轴动态分析

基于集中质量模型,应用传递矩阵法对坡口机床主轴进行数学建模.通过计算主轴系统固有频率和切削点挠度,得出主轴结构参数对系统动态性能影响,为主轴系统设计及优化提供理论依据.     

多自由度线性阻尼系统与机床主轴部件动态性能的状态空间分析

本文首先应用现代控制理论的状态空间分析法求出了多自由度线性阻尼系统的无阻尼固有频率ω_n、有阻尼固有频率ω_d、衰减因子σ以及在不同的激励下系统的响应.然后,将此法用于研究机床主轴部件.计算表明,应用状态空间分析法求解系统的有阻尼固有频率ω_d是较迅速的.本文还指出,如将状态空间分析法与频率特性分析法相结合,对研究此类系统的动态性能是较为方便的.最后,讨论了有关的结构与参数对主轴部件动态性能的影响.     

水流激励对水轮机主轴系统扭振固有频率的影响

以混流式水轮发电机组主轴系统为研究对象,针对主轴系统存在扭振的情形,应用有限元法建立主轴系统动力学方程,利用理论力学和流体力学知识推导转轮内的水流对主轴系统所产生的作用力矩,得到水轮机转轮内水流激励向量,应用振动知识建立主轴系统的扭振频率方程,并根据扭振频率方程研究转轮内水流激励对主轴系统扭振固有频率的影响.研究表明:水轮机转轮内的水流激励不仅与水力参数有关,而且还和主轴系统的扭振有关,在水流激励的作用下,主轴系统扭振固有频率将比其未受到水流激励作用时的扭振固有频率有所降低,其中第一阶扭振固有频率降低幅度最大.最后通过实例对理论分析结果进行验证.     

用模态分析方法研究主轴部件质量分布对动特性的影响

本文讨论了研究主轴部件质量分布对其动特性影响规律的模态分析方法,发现质量分布对不同阶次的固有频率和模态柔度的影响存在着较大差异,指出正确调整主轴部件的质量分布,将有助于均化模态柔度在静柔度中所占比重,从而提高机床的切削稳定性。引用实验结果,初步证实了本文的结论。     

偏心电主轴动力学分析

为了揭示偏心状态下高速电主轴的动力学行为,从高速电主轴的结构特征出发,应用有限元法对其进行动力学分析,建立了高速电主轴动力学分析模型;基于电磁学和机械系统动力学基本理论,建立了各种偏心状态下高速电主轴的广义不平衡力表达式,根据所建动力学模型可以获得高速电主轴在不同预加载荷、轴承配置下的固有频率和不平衡响应等动态特性。将120MD60Y6型电主轴的机电结构参数代入模型,并利用Matlab/Simulink软件进行仿真分析,计算所得的数据与实验所测数据相符,从而证明所建模型是正确的。     

锯切参数对圆锯片动态稳定性的影响及优化

利用有限元法和正交试验法相结合研究圆锯片在夹紧比、回转速度、锯片的厚度不同水平下的固有频率和应力状态,以此来研究锯片的动态稳定性.结果表明夹紧比增加可以提高锯片的固有频率,降低锯片的径向最大应力和切向最大应力;锯片基体厚度的增加也可以提高锯片的固有频率,而对锯片的应力影响不大;回转速度增加对锯片的固有频率影响不大,却可以大幅度地提高径向最大应力和切向最大应力.综合切削因素得到锯片的最优锯切参数为：夹紧比0.4,回转速度228rad/s,基体厚度2.2mm,节块厚度2.8mm.     

基于主轴系统动态行为的高速铣削工艺参数优化

提出了一种基于主轴系统动态行为的高速铣削工艺参数优化方法.基于主轴系统动态行为,以无颤振状态下随转速变化的极限切削深度最大及生产率最大为综合优化目标函数,构建集成主轴系统动态行为与工艺参数交互影响特性的优化模型,运用人工蜂群算法对铣削工艺参数进行优化计算,得到无颤振状态下生产率最大的最优铣削工艺参数组合方案.实例及试验结果表明,采用基于主轴系统动态行为的高速铣削工艺参数优化方法可以获得最优铣削工艺参数,该参数在实际切削时不会发生颤振.     

基于整体传递矩阵法的导向工具偏心主轴动力学特性

指向式导向工具主轴是进行导向作业的关键部件之一,其动力学特性将直接影响到井眼轨迹控制效果及作业安全,因此非常有必要开展工具主轴偏置状态下的动力学特性的研究。基于整体传递矩阵法,建立了指向式导向工具外壳-轴承-主轴系统动力学模型,推导出了主轴任意节点处的几何和力学方程,分析了空载工况下导向工具整体固有频率和振型,结合实例计算了不同偏心距和不同转速下的导向工具主轴测点偏移量,并利用指向式导向工具的试验台架进行了主轴测点偏移量实验验证。结果表明,实验测得的数据与理论推导的主轴测点偏移量数据非常接近,误差最大仅为6.48%,由此验证了所建力学模型的合理性。     

车轮随机动载与路面及车速相互关系的研究

文章利用车辆的两自由度模型 ,分析了车速与路面不平度对车轮随机动载的功率谱密度和方差变化趋势的影响。同时也分析了车轮随机动载的大小对路面疲劳应力的影响 ,指出了不同的车速和路面状况引起的路面动力反应及损伤变化规律的不同 ,提出了针对路面状况来调整车速可以降低车轮随机动载 ,从而达到减轻对路面损伤的要求。     

用SAP5程序分析纺纱锭子的振动

随着计算机技术的发展和各种新型测试手段的出现,工程设计进入了一个新的阶段,即由早先的静态设计进入到动态设计,进一步采用了计算机辅助设计.本文应用大型通用结构程序SAP5计算了国产D3203精纺锭子的临界速度及振型,分析了锭子结构各种因素对其临界速度及振型的影响,初步选择了适当的锭子参数,以保证锭子的临界速度远离工作速度,提高锭子的运动稳定性,降低噪声,节约功耗.文章还给出了各刚度的参考值,为锭子的改进设计提供了方向.     

基于光盘质量的动态自适应技术的设计与实现

采用动态自适应技术来根据光盘质量对主轴转速作自适应的调整,以最佳的速度读取光盘数据,有利于数据的顺利读取和保护光头组件。相应地针对光盘反射信号的质量提出一种间接评估数据质量的方法,设计了基于光盘质量的动态自适应技术,并应用于高速光盘驱动器伺服控制系统中。     

热阻网络法在轴系温度场求解中的应用

为了获得主轴系统的温度场,建立了主轴、轴承、套筒、轴承座、端盖的传导和对流换热热阻模型.通过热节点的热量平衡分析,建立了热节点的热量平衡方程组.采用Newton-Raphson法对热平衡方程组进行求解,获得了轴系温度场,对轴承预紧力和主轴转速、轴承初始接触角以及润滑剂黏度对轴系温度场节点温度的影响进行了数值分析和试验.结果表明,在不同的工况下,主轴系统温度场的分布是不同的,轴承的预紧力和主轴的转速越大,轴承的温度就越高,而轴承的初始接触角越大,轴承的温度则越低,并且润滑剂对轴承温度的影响在主轴高速运转时表现得更加明显.因此,通过对轴承预紧力的调节和轴承初始游隙的设定,不仅能够控制轴承工作时的温度场分布,而且可有效地避免滚动轴承的内、外圈因温度过高而导致的失效,从而提高滚动轴承的服役性能.