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.     

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。     

细纱机主轴系统动态分析

用有限元法计算主轴系统的临界转速 ,并对主轴系统进行了试验模态分析 .将所得结果与有限元方法和 SAP-V计算的结果相比较 ,其一致性验证了本文中采用的理论方法所建立的主轴系统数学模型的正确性     

机床柔性主轴转子低速无试重动平衡方法研究

为解决机床柔性主轴转子动平衡过程中需要在高速下试重的问题,提出一种柔性主轴转子低速无试重动平衡方法。在构建机床主轴动力学模型的基础上,根据刚体力学理论,通过对不平衡量与振动响应之间映射关系的提取,实现了工作转速下采集一次振动数据即可完成不平衡量的无试重识别;为了在非真实失衡面对呈现柔性特征的主轴转子失衡振动进行有效抑制,分析了柔性状态下的不平衡主轴模态振动行为,并基于此提出了不平衡量校正位置迁移方法。在高速柔性电主轴动平衡平台上进行了仿真与实验分析,实验在7 200r/min时进行,结果表明:基于一阶临界转速下所采集的振动数据,可得到迁移至两侧配重平面的等效不平衡量,对该不平衡量予以校正之后,一阶临界转速下主轴振动幅值下降了74.7%,且临界转速前后的振动降幅也较为明显,有效抑制了高速振型不平衡。     

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%.     

高速电机转子临界转速计算与振动模态分析

采用3D有限元方法,计算磁力轴承转子系统临界转速并分析振动模态,利用磁悬浮转子系统自身悬浮特性进行激振实验,确定有限元模型中磁力轴承支承刚度,有限元法计算的临界转速与转子系统实际运行临界转速相一致.研究表明,磁力轴承刚度对转子临界转速影响很大,可以通过改变磁力轴承刚度和转子材料来调整临界转速;为了避免转子超越弯曲模态的临界转速,转子轴伸长度应控制在安全范围内.     

高速主轴不平衡振动行为分析与抑制策略

针对高速主轴不平衡激励下空间振动问题,构建了多自由度高速主轴有限元分析模型。基于Matlab解析获得主轴模态特性信息,进而通过与Ansys分析结果对比,可知两者所求解得到的主轴弯曲振型整体形貌变化规律相同,幅频响应曲线峰值契合度较高。为进一步验证模型的有效性,通过高速主轴系统模态测试获取了主轴实验频率响应函数,实验结果表明,其与基于动力学模型分析得到的前三阶谐振频率误差分别为0.16%、4.38%、5.95%,两者匹配程度较高,该模型能准确描述主轴的动态特性。基于该模型,分析了不平衡激励作用下主轴不同位置节点的空间位移特征,研究了主轴转子在不同大小不平衡激励下的空间响应特性,并总结得出了振型及激励对空间位移的影响规律。最后,提出了基于动力学模型的不平衡振动抑制策略,并在9 000 r/min时进行了高速主轴动平衡实验,结果表明:该策略无需添加试重,仅在低于临界转速下采集振动数据就可识别不平衡量,添加配重后不平衡振动得到有效抑制。     

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.     

数控机床主轴单元基本动特性的研究与预测

采用有限元法和实验模态分析方法对用弹性梁理论预测数控机床主轴单元基本动特性的有效性进行研究,理论计算和实验模态分析结果表明,有限元弹性梁理论时具有短粗结构的主轴单元的第一阶模态具有很高的预测精度,研究结果为主轴单元的动态优化设计目标函数的确定打下实验基础。     

混流式水轮发电机组主轴系统临界转速分析

以混流式水轮发电机组主轴系统为研究对象,用有限单元法建立包含电磁参数,机械参数和水力参数的主轴系统耦合动态方程,并在此动态方程的基础上计算主轴系统的临界转速,通过变参数分析得到临界转速与电磁参数、机械参数以及水力参数间的关系,为机组设计和运行提供参考.     

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。     

多平行轴齿轮传动转子系统临界转速的计算

采用固定界面模态综合法对多平行轴齿轮传动转子系统临界转速的计算进行了分析，并应用MATLAB对分析过程进行了编程，结果表明使用MATLAB程序提高了计算效率。最后以某具体多平行轴齿轮传动转子系统-发电机设备为例，求出了系统前四阶临界转速，讨论了系统主要结构参数对临界转速的影响。     

高温高压冶金用热水循环泵模态分析

为获得冶金用热水循环泵实际工作状态下的振动特性,对泵转动部件与静止部件进行了实体造型,并基于ANSYS Workbench平台对无预应力模态进行了计算,分析了温度不同导致的材料性质变化对2部件模态性能的影响.以泵外特性试验为基础,应用流固耦合技术,对常温常压与高温高压2种环境下的有预应力模态进行计算,对比了不同环境下转动部件与静止部件的各阶固有频率及振幅.从临界转速方面校核了转子系统的刚度,并给出了2部件前6阶模态下的振型.结果表明:冶金用热水循环泵零件结构和材料性质是决定其各阶固有频率的主要因素,而预应力对各阶固有频率的影响很小;不同条件下,转动部件与静止部件各阶模态的振幅几乎没有变化,零件结构形状决定了其各阶模态下的振幅;该泵的转子是一个稳定的刚性系统.     

机床高速主轴系统的动力学特性

基于Riccatti传递矩阵法，对正在研制的MK2120A型内圆磨床的高速主轴系统进行了动力特性分析，不同规格砂轮对主轴系统的固有频率影响可忽略不计，而不同规格的皮带轮对多统的高阶固有频率影响很大；经过结构动态设计，使主轴临界转速与额定转速之间呈合理布置，确保主轴系统具有优良的动力学品质。研究表明：此方法计算简单，精度较高，计算主轴系统回转效应快捷有效。     

300MW发电机组转子密封轴承系统振动特性分析与测量

用多跨多轴承转子系统动力响应有限元—传递矩阵法建模，计算了发电机—励磁机转子及轴承密封环系统的瞬态动力响应。对密封环的动力特性及其对转子振动的影响进行了分析和计算。通过现场实测，证实某引进型３００ＭＷ发电机轴承处振动超差的主要原因是三个：１）励磁机轴系临界转速过于靠近工作转速；２）密封环动力响应的影响；３）轴系三支点的结构使得励磁机一阶模态与发电机二阶模态耦合     

磁轴承超临界高速电机系统控制器设计

磁轴承电机系统高速运行时,转子需超越其一阶弯曲临界,超临界控制器的设计非常关键。为设计出能有效阻尼一阶弯曲模态振动的控制器,首先需对高速电机转子系统进行动力学分析,建立系统状态空间模型,以此为基础开展控制器研究工作。由于实际模型参数与理论模型存在差异,且难以精确获取,在控制器设计中,采用了相位整形技术。通过该方法,可基于试验测定的模态频率值,设计结构简单的控制器,有效提升磁轴承系统对转子一阶弯曲临界振动的阻尼效果。仿真与试验结果均证明了控制器的有效性,最终实现转子系统在高于48 000 r.min-1的转速下,平稳超越一阶弯曲临界,并成功运行到81 840 r.min-1。     

倍捻锭子的振动特性分析

采用传递矩阵法对倍捻锭子的临界转速及其对应阶振型进行了理论计算,并对样件进行了模态测试以验证理论计算的准确性,结果表明理论计算值与模态测试值基本吻合。     

弹性环式支承结构动刚度分析及其对转子系统的影响

针对用于航空发动机转子系统中的弹性环式支承结构刚度特性问题,开展其动刚度分析和实验测试以及其对转子系统固有特性影响分析研究.首先,建立弹性环式支承结构有限元模型,对其动刚度进行计算,并进行动刚度测试与验证,经实验所得测试结果与仿真计算的结果趋势一致,证明了对弹性环式支承结构的动刚度分析方法的有效性.然后,建立了带弹性环式支承结构的转子系统有限元模型,研究了转子系统在静刚度和动刚度条件下对临界转速的影响.结果表明,弹性环式支承结构动刚度对临界转速的影响较为明显,其中一阶临界转速降低了26%,且产生了新的共振频率,因此分析转子系统固有特性时应充分考虑支承结构的动刚度影响.     

燃气轮机齿轮耦合转子系统的动力学特性

在考虑滑动轴承的基础上,利用传递矩阵法分别建立了两单轴转子的弯曲振动分析模型,推导了人字齿轮耦合单元的传递矩阵,应用整体传递矩阵法建立了人字齿轮转子系统的弯扭耦合振动分析模型,对某燃气轮机齿轮-转子-轴承系统进行了振动特性分析。通过数值计算与分析,获得齿轮转子系统的特征值、对数衰减率及临界转速。结果表明该齿轮-转子-轴承系统的工作转速远离临界转速,具有工作的稳定性和安全性。