基于球轴承刚度计算的电主轴结构分析与优化

电主轴的结构,动态特性对数控机床的加工效率和精度的影响很大。对角接触球轴承电主轴单元进行了静刚度分析,在有限元软件ANSYS中建立了电主轴球轴承-转子系统的参数化有限元模型,并以提高电主轴的静刚度为优化目标,对电主轴的支承跨距和电机的安装位置进行了优化分析及计算,并对优化前后的电主轴系统进行了模态分析,对比其前三阶频率及振型的变化,得出了相关结论。     

高速雕铣机床电主轴动态特性分析

利用ANSYS软件建立起电主轴的有限元模型,对其动态特性进行了有限元分析,得到了前10阶模态频率和振型,为电主轴结构的优化设计与改造提供可靠的理论依据。     

电主轴动态特性分析及结构优化

以某高速数控车削中心的电主轴为研究对象,建立了电主轴的有限元模型。以等效弹簧单元来模拟轴承对电主轴的支承刚度,同时将电动机转子部分视为分布质量单元附加在电主轴的相应安装位置。对电主轴有限元模型进行了动态特性分析,获得了各阶固有频率及振型。通过LMS模态测试设备对电主轴进行模态测试,测试结果与有限元计算结果的误差在10%以内,验证了此有限元模型的正确性。最后,在有限元模型的基础上进行了轴承支承跨距的优化分析,提高了电主轴的固有频率。     

高速电主轴的有限元分析

采用有限元分析软件Ansys对某高速电主轴进行了模态分析,得到其固有频率及振型,其结果为评价电主轴的动态特性提供依据。     

磁拉力作用下不同结构电主轴的动力学特性研究

为了研究磁拉力对不同结构电主轴动力学特性的影响,依据电主轴磁拉力的力学方程,建立了电主轴的有限元分析模型,进行磁场和力学场双向耦合计算,对电机位于不同主轴位置时的电主轴动力学特性进行研究,得到了其动态特性变化曲线。同时,进行电主轴的试验测试,以验证有限元模型及分析方法的合理性与正确性。结果表明,电主轴的电机位置会影响电主轴运动的稳定性,电机放置在主轴的轴承中间时会比电机放置在主轴一端时运行得更加稳定;在试验测试误差和模型简化误差的条件下,理论计算所得的轴心轨迹总位移比实际测量偏小,初步验证了有限元模型及算法的合理性和正确性。     

搅拌摩擦焊电主轴动态特性及灵敏度研究

为提高搅拌摩擦焊电主轴的设计水平,获得最佳的搅拌摩擦焊接质量,运用有限元理论和模态频率灵敏度理论对搅拌摩擦焊电主轴进行动态特性分析。将电主轴密度、泊松比、弹性模量、轴承刚度以及结构参数作为设计变量,电主轴模态频率作为响应,通过APDL语言建立搅拌摩擦焊电主轴的参数化有限元模型,利用半分析灵敏度方法,计算响应对各设计变量的灵敏度,并进一步对电主轴的动态特性进行优化。研究结果表明:该电主轴结构设计合理、满足要求。电主轴密度和弹性模量对其模态频率的影响较大,结构参数和轴承刚度对电主轴模态频率的影响取决于焊接质量所需的电主轴转速。通过对电主轴进行优化设计,在提高模态频率并保证焊接质量的前提下,减轻了电主轴质量。     

电主轴过盈配合的分析

介绍了电主轴中转子与主轴的配合模型,对电主轴静态与动态过盈量进行了计算,并进行了校核。建立了电主轴有限元模型,在静态与动态条件下分别对电主轴过盈配合进行有限元分析。所做研究对电主轴的结构设计具有参考价值。     

高速电主轴热态特性的研究

介绍了高速电主轴的基本结构,建立电主轴热态特性分析的有限元模型,并用有限元软件对模型进行了温度场的分析,从而获得电主轴温度场的信息,为控制电主轴的温度提供有力的依据。基于上述分析,提出改善电主轴热态特性的方法和措施。     

高速高精度电主轴温升预测模型

提出高速高精度电主轴温升预测模型,将有限元模型与试验数据相结合,精确预测不同工况下电主轴的温度场。建立电主轴流场、温度场有限元模型,分析冷却系统及润滑系统参数对电主轴温度场的影响;考虑电主轴运行速度、载荷,设计电主轴损耗测试方法,将测得的电主轴总损耗作为计算电动机、轴承生热依据;考虑冷却系统、润滑系统参数及环境条件对换热系数的影响,采用最小二乘算法,基于电主轴表面温度测试数据,优化电主轴换热系数,并将优化后的换热系数作为有限元模型的边界条件。建立170SD30-SY电主轴温升预测模型,将换热系数优化前后的温度场仿真数据分别与试验数据对比。结果表明,换热系数优化后的温升预测模型预测的精度提高了4.78%,提出的电主轴温升预测模型有较高的预测精度。     

高速电主轴热结构耦合特性的有限元分析

分析了电主轴的各种热源及其发热量,建立了基于热一结构耦合的电主轴有限元分析模型,计算出电主轴复杂的热边界各种状况下的对流换热系数,利用有限元分析软件ANSYS对电主轴的温度场及其主轴的热变形进行仿真分析并进行实验验证.针对设计实例,提出了改善电主轴热态特性的措施,对改进后的电主轴进行有限元分析表明改进措施具有良好效果.     

异步电主轴三维热误差多物理场耦合分析及计算

为综合考虑高速异步电主轴径向形变及轴向形变对其热误差的影响,分析电主轴各部分损耗。计及径向及轴向形变热误差,提出一种基于电磁-热-机械多物理场耦合的电主轴形变分析方法。分析电主轴机械结构、损耗、温升、电磁等物理场的耦合关系,设计多物理场耦合热误差分析模型计算流程。对异步电主轴进行三维有限元建模,并对其采样点的温升进行计算,并通过实验得出采样点的温升曲线,对比两条电主轴采样点的温升曲线可以验证有限元仿真的准确性。在有限元模型基础上进行多物理场计算,计算结果表明,电主轴由于机械和电磁损耗产生轴向热误差为6.54μm,由于径向形变而产生的基频气隙磁感应强度畸变率为7.6%,基于Maxwell张力张量法得到径向热误差为39μm。研究结果为机床误差分析及优化设计提供了理论基础。     

高速电主轴模态特性分析

高速电主轴作为高速机床的核心部件,其性能直接影响着机床的加工精度。为了研究高速电主轴的模态特性,建立了一种高速电主轴有限元模型。该模型考虑了轴向预紧力、振型形状、离心力和回转力矩对固有频率的影响,同时也考虑了转子分布质量、非线性轴承刚度和主轴旋转运动等因素的影响。利用有限元模型,对某高速电主轴的模态特性进行了分析,由实验结果证明了仿真分析结果的有效性。     

基于ANSYS的电主轴静动态特性仿真分析

以国内某电主轴为研究对象,通过对电主轴模型进行合理的简化和二次建模,用COMBIN214弹簧阻尼单元模拟轴承的支承,并且以有限元理论为基础,借助ANSYS Workbench软件对其静动态特性进行有限元计算与模拟仿真分析,得到电主轴的静刚度、固有频率及临界转速等重要参数.通过与设计初的相关技术要求作对比,验证了该电主轴设计的合理性,其分析结果可为后续的振动故障诊断、优化设计以及热力耦合特性等提供参考依据.     

电机后置式的电主轴动态特性有限元分析

以一种新型电主轴结构为研究对象,用有限元方法对该型号电主轴进行了模态分析和谐响应分析,并研究了轴承刚度的变化对电主轴动态性能的影响。结果表明:电主轴的第一阶临界转速远远高于其最高工作转速,能有效避开共振区;静压轴承刚度对电主轴的动态性能具有重要影响。合理地改进轴承刚度,有利于提高电主轴的刚度,减小振动幅度,提高磨床的加工精度。     

DGZX-1230型高速电主轴稳态温度场分析

以型号为DGZX-1230的高速电主轴为研究对象,分析其运转过程中的热源和热传导机制,借助Fluent软件对电主轴模型进行热-流-固耦合分析,获得电主轴稳态温度场的分布。最后通过实验获取电主轴关键点温度,并将实验结果与有限元分析相对比,结果表明:该计算结果的正确性,同时也为高速电主轴温度场分析提供了方法。     

电主轴温度场与热变形的仿真与实验研究

以Setco 231A240型高速电主轴为研究对象,考虑了内置电机的损耗生热和轴承的摩擦生热,计算了电主轴各部分之间的传热系数,利用有限元软件Workbench建立电主轴有限元模型,分析得到了电主轴在不同因素影响下的温度场分布,基于电主轴热-结构耦合关系分析得到了温度影响下电主轴的热变形。仿真结果显示,较低转速下电主轴转子温度最高,转速对电主轴温度影响较大;电主轴头尾部热变形较大,主要为轴向变形。最后,将温度场仿真数据与实验数据对比,验证了仿真分析的准确性。     

基于ANSYS的加工中心电主轴静态性能分析

为了研究电主轴单元抵抗静态外载荷的能力及抗振性,以改善其在静态外载荷作用下的变形及自激振动,以高速卧式加工中心(THMS6340)的电主轴单元为研究对象,阐述了影响电主轴单元静态特性的主要设计参数,采用ANSYS有限元分析软件对电主轴单元进行了简化建模、静态性能分析,获得了电主轴单元的变形,并运用达朗伯原理得出其刚度,且经过分析比较、验证了该电主轴单元的刚度。这一电主轴单元的静态分析研究为其进一步的动态分析提供了必要的依据。     

计入电磁平衡装置的机床电主轴稳态温度场有限元分析

为了实现机床电主轴在工作过程中不停机主动平衡,设计了一种电磁平衡装置,将其集成到电主轴前端,形成了新的自平衡电主轴。为了研究该新型电主轴的热特性,建立了其三维有限元模型,计算了生热率和换热系数,确定了热载荷和边界条件,完成了自平衡电主轴整机三维稳态温度场分析,获得了温度分布云图。重点研究了平衡头安装、通电和主轴转速对自平衡电主轴温升的影响,根据分析结果确认了自平衡电主轴受平衡头和转速影响规律,对所提出的新型自平衡电主轴热学设计和散热优化提供了基础。     

高速电主轴热态特性仿真分析

在分析电主轴温度场理论的基础上,建立某高速磨床电主轴系统的有限元模型,计算了电主轴热特性分析的边界条件,利用有限元软件ANSYS Workbench分析其热态特性,得到了主轴系统的稳态温度场分布和热变形情况;同时分析计算了不同转速对主轴系统温升及热变形的影响.结果表明:主轴转速越高,相应主轴单元的温升变化及主轴热变形也越大.此分析为改善电主轴温度场分布及减小热变形提供了理论依据.     

高速电主轴有限元建模及静动态特性分析

针对高速车铣加工中心,对其电主轴进行三维建模,通过有限元软件ANSYS Workbench对其刚度、固有频率和临界转速等进行静、动态特性分析,论证了其结构合理性的同时,也对电主轴施加2种不同的约束进行模态分析,证明了2种约束均适用于高速电主轴的模态分析。研究结果为高速电主轴系统以后进一步设计使用和分析优化,提供了2种不同的约束方法。