基于传递矩阵法的机床主轴动态特性分析

机床主轴系统的振动是限制机床加工品质和生产率进一步提高的一个主要因素.根据机床主轴系统的组成情况,利用传递矩阵法对其进行分段建模,将主轴系统简化为梁单元、刚体单元和弹簧单元的组合,并建立了系统传递矩阵,求解出主轴的固有频率和相应振型,为其动态性能的进一步优化提供了依据.     

主轴单元参数化建模、分析与优化设计

为实现主轴单元静动态特性的快捷分析,本文提出了主轴单元有限元建模基本参数的概念,建立了主轴单元通用有限元简化模型。以某厂新型五面体加工中心主轴单元为研究对象,利用简化模型得到了主轴单元的静刚度和前十阶模态。与简化前的分析结果比较,证明了简化模型的正确性。分析了不同轴承预紧工况下前两阶固有频率的变化,通过对主轴单元进行动态优化设计,使一阶固有频率提高了32.2%,主轴重量减少了42.9%。     

双主轴柔性组合机床结构与控制

提出了双主轴柔性组合机床的设计方案，该方案应用直线电机，电主轴技术设计，使主轴箱的结构简化并提高了主轴的性能，由于运动轴，联动轴多，采用以多轴控制器为核心，工控机为系统支撑单元的双CPU数控系统作为该机的控制系统。     

结合部对HSK主轴系统动态特性的影响

根据HSK主轴系统的工作原理,在ANSYS软件中建立了HSK主轴系统的动力学模型。其中,各结合部都简化为均布弹簧单元,各部件简化为多段梁,并使用Timoshenko梁理论和有限元理论系统分析结合部对HSK主轴系统动态特性的影响。模态实验和有限元分析结果对比证实了Timoshenko梁理论分析HSK主轴系统动力学模型动态特性的可行性和有效性。提出结合部对主轴系统各阶模态影响的研究思路,并利用ANSYS有限元软件中的谐响应分析模块,分别研究了轴承-主轴、主轴-刀柄和刀柄-刀具各结合部对HSK主轴-热装刀柄-刀具系统刀尖点频响函数的影响,提出了相应的抗振措施。     

基于传递矩阵法的风力发电机组整机模态分析

在风力发电机组的结构动力学设计中,整机自振频率和振型是重要的设计参数。作者根据风力发电机组结构特点将其简化为带扭转变形的无质量梁单元和集中质量惯量单元的有序组合,并根据单元受力特点建立了梁单元和集中质量惯量单元的传递矩阵。以叶尖为输入,塔架底部为输出,根据多体系统传递矩阵模型构建原理,建立了风力发电机组整机传递矩阵模型,并使用该模型对NREL 5MW风力发电机组模型进行了模态分析。结果表明:传递矩阵法所得分析结果准确可靠,相对于有限元法,传递矩阵还具有建模灵活、计算效率高、无需建立系统总体运动方程等优点,非常适合风力发电机组的设计和优化。     

卧式加工中心电主轴轴承的关键技术研究

设计了卧式加工中心电主轴单元的总体结构,确定了主轴轴承的组合方式,分析了影响主轴轴承性能的各项关键技术,为电主轴的可靠性和稳定性打下了一定基础。     

主轴部件三维实体模型的有限元分析法

主轴是机床的重要部件之一 ,它的静、动态刚度一直是设计计算的重要内容 ,但传统的计算方法是把主轴简化为等截面的梁单元进行计算 ,显然是静不定问题 ,用这样的力学模型计算主轴的静、动态特性与实际情况有很大的差距。目前主轴部件设计采用有限元法 ,可以满足设计过程要求 ,为主轴结构的优化设计提供依据。1　主轴部件的结构简化图 1是卧式加工中心主轴的结构简图 ,它是一个多阶梯空心的圆柱体 ,此结构必须经过一定简化后 ,方可进行有限元分析 ,本主轴部件在以下方面进行简化 :(1)各处倒角简化成直角 ,忽略空刀槽 ;(2 )润滑油孔、工艺孔、…     

高速大功率镗铣类加工中心电主轴开发

从实现电主轴的高速、高加工精度入手,着重从主轴静、动态特性方面利用有限元技术进行仿真分析和样机试验,设计出一种高速电主轴。建立了主轴部件有限元分析模型,包括主轴部件结构简化、单元类型选择及结构剖分、约束条件建立、载荷条件确定、主轴部件上零件附加质量处理。样机实测数据表明,主轴系统静刚度符合设计要求,静态回转精度实测值与设计值相符,实际加工精度符合国标对该类机床主轴系统的要求。     

基于传递矩阵法的电主轴动态性能分析

利用传递矩阵法对电主轴进行了简化,并分段建模。对轴系中典型单元的状态进行了数学描述,分析了刀具组件对主轴动力学性能的影响。并以额定转速为15000r/min的立式加工中心电主轴为例进行了动力学分析和计算。     

高速电主轴系统固有频率与临界转速分析

利用有限元的方法对主轴系统进行划分,求解主轴系统的单元质量矩阵与刚度矩阵,通过矩阵迭代法处理系统质量矩阵与系统刚度矩阵。利用Matlab求解轴系振动微分方程,得出主轴系统的固有频率与临界转速,并实例分析了某类主轴系统的固有频率和临界转速。     

微小型器件装配中的虚拟检测方法研究

针对微小型器件尺寸小及强度和刚度低，难以保证装配精度及装配过程中易损坏的特点，提出了微小型器件装配中虚拟检测技术的概念和方法。对于典型的装配关系，分别采用理论简化建模、有限元分析两种方法进行应力、应变的研究。在实例分析过程中，建立了微小型圆轴和套装配的理论模型，通过虚位移原理得出装配过程中不同参数值下的应力应变关系；建立了圆轴与套装配、D型轴与齿轮装配的有限元模型，验证了数字化微装配中虚拟检测技术的正确性、必要性和重要性。     

Dynamical stability of journal-bearing devices through numerical simulation of thermohydrodynamic models

This paper considers the numerical solution of a transient thermo-hydrodynamical model for a journal-bearing device is considered. The hydrodynamical model assumes that both bush and shaft are rigid bodies and it considers dynamical phenomena in the shaft-lubricant film system through a transient two-dimensional Elrod-Adams model. The proposed model also takes into account thermal effects in the lubricant film, bush and shaft. The dynamical model is solved by a combination of different techniques for spatial discretization (including finite element, finite volume and boundary element methods) and the resulting DAE-like system is integrated with implicit schemes.The developed algorithm is then applied to analyze the stability of steady solutions of the thermo-hydrodynamical model. Existing results based on analytical solutions for simplified configurations are revisited in order to extend stability predictions to more general conditions. This analysis allows to elucidate the role of different parameters on stability, including oil supply and thermal transfer conditions in finite width journal-bearing devices.     

星轮轴的有限元分析

星轮轴是蜗杆压缩机的主要部件之一,利用有限元方法分析其特性。首先对其进行静力学分析,仿真结果表明星轮轴满足强度和刚度要求;利用有限元法进行残余应力和弯曲应力分析,得到了最大法向应力分布规律和沿指定平面的SWT等效应力分布规律;最后对星轮轴进行了模态分析,得到了其前六阶固有频率和振型。     

单螺杆压缩机螺杆轴的有限元分析

螺杆轴是单螺杆压缩机主要零件之一。通过计算其临界转速可以消除振动,为螺杆轴优化设计提供理论依据。根据振动理论建立螺杆轴的动力学模型。运用Autocad生成实体模型,导入ANSYS建立有限元模型,应用BlockLanczos方法计算出螺杆轴前六阶临界转速及其振型,利用临界转速的理论计算公式计算出螺杆轴第一阶临界转速,其结果与有限元计算结果误差不大。最后模拟出了螺杆轴位移分布云图,结果表明螺杆轴满足刚度设计要求。     

基于传递矩阵法的压路机振动轴动态特性分析

利用传递矩阵法将压路机的振动轴简化并分段建模,对轴系中各单元的状态进行了数学描述,得到振动轴的传递矩阵方程,以某型号振动压路机的振动轴为例,计算振动轴的固有频率．同时用有限元分析软件ANSYS建立了振动轴的三维模型,进行模态分析,得到振动轴的固有频率和前4阶振型,与传递矩阵方程的计算结果基本吻合．这表明所提出振动轴的传递矩阵模型接近实际情况,对压路机的振动轴的动力学分析有重要的参考价值．     

Vibration from a shaft-bearing-plate system due to an axial excitation of helical gears

In this paper, a simplified model is studied to predict analytically the vibration from the helical gear system due to an axial excitation of helical gears. The simplified model describes gear, shaft, bearing, and housing. In order to obtain the axial force of helical gears, the mesh stiffness is calculated in the load deflection relation. The axial force is obtained from the solution of the equation of motion, using the mesh stiffness. It is used as a longitudinal excitation of the shaft, which in turn drives the gear housing through the bearing. In this study, the shaft is modeled as a rod, while the bearing is modeled as a parallel spring and damper only supporting longitudinal forces. The gear housing is modeled as a clamped circular plate with viscous damping. For the modeling of this system, transfer matrices for the rod and bearing are used, using a spectral method with four pole parameters. The model is validated by finite element analysis. Using the model, parameter studies are carried out. As a result, the linearized dynamic shaft force due to the gear excitation in the frequency domain was proposed. Out-of-plan displacement from the forced vibrating circular plate and the renewed mode normalization constant of the circular plate were also proposed. In order to control the axial vibration of the helical gear system, the plate was more important than the shaft and the bearing. Finally, the effect of the dominant design parameters for the gear system can be investigated by this model.     

基于Ansys的矿井提升机主轴有限元分析计算

主轴是矿井提升机的重要组成部分,它承载着安装在其上的多个部件,对整个提升系统的安全运行起到很重要的作用,文中以大型有限元分析软件Ansys12.1为工具,以某型多绳摩擦式提升机的主轴为研究对象,分析其载荷情况,建立提升机主轴的有限元计算模型,并且对模型进行分析计算,根据分析计算结果得出结论并给出改进建议,同时也为主轴结构的优化设计提供了相关的理论依据。     

基于不同工况的提升机主轴受力分析

以2JK型矿用提升机主轴为研究对象,分析了主轴的力学模型,针对提升方式和固定钢丝绳方式,讨论了主轴的组合载荷工况,结合传统设计方法和计算机辅助分析的优点,编制计算程序对主轴工作的16种正常工况以及8种非常工况进行了计算。结论认为,在提升机实际运行情况下,该主轴装置最安全的工况为右同侧固定,外侧固定次之,最危险的是左同侧固定。该研究方法可为矿用提升机主轴设计计算提供借鉴,研究结果可为确定提升机主轴危险工况、危险截面以及提升机可靠性设计提供理论依据。     

某机载雷达天线端轴断裂原因分析与结构改进

某机载雷达天线在耐久振动试验中,调心轴承处的端轴出现了断裂现象。文中利用宏观断口观察、化学成分检验及金相组织检验等手段,对断裂的端轴进行了全面分析,并通过有限元仿真得到了断裂端轴的应力分布。结果表明,断裂端轴的化学成分及晶体结构符合规范要求,断裂端轴的最大应力水平大于材料的疲劳极限是断裂的主要原因。针对端轴的断裂原因,对端轴的结构进行了改进,最后通过有限元仿真和耐久振动试验验证了端轴结构改进的有效性。     

齿轮轴参数化有限元分析系统的开发

进行齿轮轴的静力分析时,常采用在三维软件中建立模型,并导入有限元分析软件中进行计算的方式。对于系列化的产品,以上过程无法实现快速改型设计,进行大量重复性工作,工作效率低下。针对以上问题,提出了齿轮轴的参数化有限元分析系统的总体框架;以VC++6.0为开发平台,实现了系统各模块的功能。整个过程完成了对ANSYS中APDL语句的封装以及对ANSYS核心程序的调用。以某齿轮轴的设计分析全过程为实例进行了详细说明,解决了ANSYS中完成同类分析时界面不友好及耗时较长的问题。