2023年机床主轴箱_机床主轴动静态特性分析项目报告.docx
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1、2023年机床主轴箱_机床主轴动静态特性分析项目报告 机床主轴动静态特性分析 机床主轴通常在高速状态下工作,因此其动静态特性必需很高,才能满意加工质量要求,因此对机床主轴进行静力学分析和模态分析是很有必要的。静力学分析主要是得出机床主轴的刚度,并且得出在典型加工条件下,主轴前端的最大位移,看其是否满意静态要求;动力学分析得出主轴振型以及主轴固有频率,从而推断主轴设计是否合理,并且在此基础上优化结构设计。机床主轴的动态特性包括临界转速、主振型和固有频率等方面,这是机床主轴动态特性的主要方面。当机床主轴的转速达到或接近临界转速时,会引起机床的共振,使机床振动加剧,加快刀具的磨损,降低加工质量,恶化
2、加工环境。因此为了避开这种状况的发生,对机床主轴的临界转速的探讨是很有必要的。为了保证加工质量及加工平安要求,主轴的最高转速应当低于临界转速的百分之七十五。 1. 机床主轴静态特性分析 (1)建立模型 打开proe 软件界面,建立如图(1)所示模型,并导入ansys workbench中 图1 主轴模型的建立 (2)添加材料属性信息 机床主轴的材料为40Cr ,其相关参数见下表(1): (3)设定网格划分参数并进行网格划分 制定网格尺寸为3mm, 进行网格自动划分,划分结果如图(2) 图2网格划分结果 (4)施加载荷以及约束 对有限元模型进行加载时,根据机床在典型加工工艺条件下工作进行计算,算
3、出其在切削时的径向力,如在前面的3.2.2章节已经得出在此工况下轴的受力,在进行静态分析时,其唯一载荷为主轴前端施加的切削力的径向重量 Fr= 193.8 N 。前轴承为固定端,故只约束 其X 方向的移动自由度, 后轴承在轴向(X 向)存在游动。然后进行求解,最终得出机床主轴的静力变形如图(3)所示。 图3 机床主轴静力变形云图 从图(3)中可以得出,主轴前端最大变形量为Max=1.14m ,因此主轴静刚度为: K r =代入数值得:K r =170N/m 。 在后期的参考文献的查找中以及老师的指导下,发觉假如把前端三个轴承等效为一组弹簧时,结果误差很大。因此再次分析,把三个轴承等效为三组弹簧
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