机床主轴结构非概率可靠性优化设计

在非概率可靠性理论和优化设计方法的基础上,考虑机床主轴结构设计中结构设计参数具有的区间不确定性,建立了机床主轴结构的非概率可靠性模型,提出了机床主轴结构的非概率可靠性优化设计方法.工程算例及其结果表明文中的模型和方法具有一定的理论意义和实用价值.     

机床主轴系统静刚度分析及实验研究

为研究机床主轴系统静刚度特性,建立一种高性能加工中心主轴-轴承系统模型,该模型包括主轴转子和轴承。采用有限元法建立主轴轴系零件模型,并与轴承拟静力学模型集成得到主轴系统有限元模型,通过计算得到主轴系统3个方向的静刚度。对该机床主轴系统进行静刚度测试实验,以验证理论计算结果的正确性。研究表明:理论计算结果和实验结果具有较好一致性,因此可以有效地证明该有限元模型的准确性;此外,由于主轴系统内部存在阻尼效应及摩擦作用,卸载时静刚度大于加载时静刚度;同时其轴向静刚度存在一定非线性。     

数控铣床主轴系统动态刚度可靠性概率设计

针对数控铣床主轴系统是在变化复杂的、非简谐力的激励下振动,而与该振动特性密切相关的主轴滚动轴承的刚度又不是一个定值,而是载荷的函数的特点,以某数控铣床主轴系统为研究对象,基于概率有限元理论、瞬态响应有限元分析理论及轴承动刚度理论,将有限元分析软件ANSYS10.0中的瞬态响应分析方法与Monto-Carlo模拟方法相结合,对机床主轴系统进行了动刚度可靠性概率有限元计算,得出了在主轴系统中,对其动刚度影响最为敏感的几何因素是主轴前支承处的半径,其次是主轴前端半径以及对主轴系统动刚度影响最为敏感的刀具因素是铣刀杆的悬伸量,其次是铣刀杆半径的结论.     

加工中心主轴系统的可靠性分析

对国外高档加工中心进行现场跟踪,采集并记录使用过程中的故障数据。为了科学、全面的考虑加工中心发生故障的不确定性,采用模糊综合评判法进行了分析,求得主轴系统的危害度。并应用Matlab软件对主轴系统的故障数据进行了分析,得到故障首次间隔时间服从二参数威布尔分布,根据得到的可靠性指标对主轴系统进行可靠性评价。     

基于ANSYS的轮槽铣床主轴可靠性分析

以轮槽铣床主轴为研究对象,采用APDL语言建立了主轴的三维有限元模型,分析计算了主轴加工的受力变形,获得了主轴的变形云图。同时,以轴承刚度、载荷及弹性模量为随机输入参数,应用基于超拉丁立方的蒙特卡洛法对主轴可靠性进行分析,结果表明:循环模拟500次可以达到精度要求,轮槽铣床主轴可靠性为100%,降低主轴材料参数的分散性可以提高主轴可靠性。     

加工中心主轴部件刚度分析

高速加工是一项十分重要的先进制造技术,为了实现高速加工,首先必须有高质量的加工中心.主轴部件是加工中心的核心部件,其刚度特性在很大程度上决定了高速加工中心的加工质量,也是影响其加工精度的重要因素.文章利用Pro/Engineer软件建立主轴单元虚拟样机模型,完成了主轴单元虚拟样机模型之后,通过Pro/Engineer与ANSYS的软件接口将Pro/Engineer中主轴零件的模型转换成ANSYS中的有限元模型,进行主轴的刚度分析,找出了危险截面,验证了主轴单元设计方案的合理性.     

三轴卧式加工中心主轴静刚度仿真与试验研究

对卧式加工中心主轴系统静刚度进行了仿真和试验研究.研究发现:经有限元方法计算获得的结果与试验有较好的对应性;主轴静刚度在卸载时要大于加载时,卸载时主轴系统弹性恢复迟滞,并且加载曲线与卸载曲线不封闭,卸载时主轴变形恢复不到起点,进而影响加工精度.因此,提高系统刚度十分必要,可通过合理设计机床主轴结构、减小主轴悬伸量、提高传动部件单位质量刚度等方法提高切削系统刚度.     

专用数控机床主轴早期可靠性控制图分析

数控机床主轴早期可靠性研究是数控机床可靠性研究的关键组成部分。通过对数控机床主轴早期故障实验前采集的主轴变形数据的分析，建立了早期可靠性变形控制图，用来监控主轴早期可靠性。根据对数据的分析，判断主轴是否存在故障，进而在不损坏机床主轴的前提下，消除主轴早期故障，提高机床可靠性。     

汽车齿轮试验机电主轴优化设计

以一种汽车齿轮监测电主轴为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS Workbench优化设计功能,对主轴的悬伸量、跨距和电机转子安装位置进行优化设计。优化后,主轴径向变形减少8.7%,轴向变形减少3.3%。经出厂测试,在最大转速2 000 r/min时,噪声仅为65 d B,最大振动值为0.456 m/s~2,更好地满足了设计要求,提高了主轴质量。     

考虑参数不确定性的疲劳断轴可靠性分析方法

主轴是综合传动装置中的核心元件,其可靠性直接影响综合传动装置的正常运行。针对综合传动装置主轴的疲劳失效模式,在有限元仿真的基础上考虑参数不确定性进行可靠性分析。针对疲劳断裂的主轴建立模型进行瞬态动力学仿真,获取承载工况下最大剪切应力。在此基础上考虑参数分散性对主轴强度与所受应力的影响,进行不确定性分析,并基于广义应力-强度干涉理论,运用蒙特卡洛抽样方法进行可靠度计算。在实际使用中,特殊任务下多次发生未预料的断轴故障,主轴的实际使用寿命远低于设计寿命,以该特殊任务为例进行主轴的可靠性分析。研究结果表明：针对疲劳断轴故障,采用考虑不确定性的可靠性分析方法可行。通过案例分析得到了主轴特殊工况下的疲劳寿命。     

基于相似产品的车床高速主轴系统可靠性预计

针对目前机械系统可靠性预计方法使用条件复杂,载荷变化范围较大,缺乏公认的、普遍适用的方法的现状,利用相似产品的可靠性数据,结合手册对数控机床主轴系统设计方案进行可靠性预计,考虑载荷的变化对机械零件的影响,分析不同载荷下系统可靠度随时间变化的趋势。结果表明:改善主轴系统薄弱点,减小当量载荷与额定载荷的比值能有效提高系统的可靠度和平均无故障工作时间。     

基于仿真分析的BT40主轴系统公差设计与优化

公差设计质量直接影响产品的性能和制造成本。为提高主轴系统公差设计的质量和效率,提出了一种基于建模仿真的公差设计与优化方法。模拟BT40主轴系统的结构和装配过程,首先在CETOL6σ软件中建立主轴系统的数字化公差模型,利用该模型分析各主要公差对系统输出精度的贡献度和敏感度。然后以类比法公差设计作为原始方案,仿真检验其设计效果。最后以公差贡献度和敏感度为依据,对原有公差设计方案进行修正及优化。结果表明:优化后的方案显著提高了主轴系统的输出精度。     

基于优化的金属打包机箱体可靠性分析

针对金属打包机箱体结构轻量化问题,对响应面优化后的打包机箱体进行可靠性分析,提出一种将响应面优化理论与可靠性分析相结合的新方法。采用中心复合设计方法拟合出响应面并通过参数灵敏度分析确定设计变量,在满足箱体的强度、刚度条件下,进行响应面优化,得出打包机箱体的最小质量;再以此为基础重新建立箱体三维模型,并根据打包机箱体的强度、刚度可靠性评价标准,获得优化后箱体结构的可靠度和六西格玛水平。结果表明:优化后的箱体质量减轻了9.11%,箱体的可靠度为97.50%,这不仅提高了箱体的强度和静刚度,还减轻了箱体质量,并保证了箱体的可靠性,为其他大型工程机械的设计提供了新思路。     

应用有限元方法对高速电主轴的优化设计

介绍了高速电主轴的结构特点，应用有限元分析软件ANSYS以刚度为目标对高速电主轴进行了优化设计，并对优化后的结构进行了热态校核。