基于流固耦合分析的超高速微切削空气静压电主轴支承结构优化

借助有限元分析软件ANSYS对具有不同支承结构的超高速微切削空气静压电主轴进行全参数三维实体建模,运用流固耦合的有限元方法分析电主轴的各种结构方案,并进行承载特性分析对比,优选出空气静压电主轴的支承结构。结果表明,前支承对电主轴的承载影响最大,主轴悬跨段的设置对提高承载性能的贡献较小,为加强主轴刚性,可以选择主轴前段采用多排孔轴承的支承结构。     

高速多支承气体静压轴承电主轴的承载特性研究

基于单元气体静压轴承的承载性能，简化多支承气体静压电主轴的支承和主轴结构，建立了有限元分析模型，借助ANSYS软件分析轴系的各种结构方案，并进行承载特性分析对比。研究分析多支承结构的承载机理，总结出提高气体静压电主轴承载特性的措施。分析了不同主轴结构和轴承布置对电主轴承载特性的影响，优选出了的多支承静压轴承电主轴结构。     

高速插齿机主轴静压支承流体仿真分析

应用有限元软件对高速插齿机主轴静压支承进行了流体仿真分析,计算出了油膜的承载能力、刚度以及流量.分析了静压支承中偏心率、径向间隙以及支承结构参数对油膜承载能力和刚度的影响,得出了油膜承载能力和刚度随这些因素变化的规律.     

钻削电主轴空气静压径向轴承润滑参数优化

采用有限元方法对钻削电主轴的空气静压径向轴承静特性进行数值仿真分析。首先对电主轴径向支承模型分析,并结合静压气体润滑理论分析,运用有限元方法对雷诺方程进行离散求解。基于此,借助于MATLAB工具平台,编写了气体静压径向轴承静特性数值分析程序,实现了静压气体径向轴承润滑参数的优化设计。通过该软件的计算仿真,以最大刚度为优化目标,最终得到了笔者正在开发的PCB钻削电主轴静压气体轴颈轴承的最优气膜间隙、节流孔直径及供气压力。     

空气静压电主轴特性分析与实验

空气静压电主轴是数控机床的关键功能部件之一,主要围绕其动态特性进行分析研究。首先,针对空气静压电主轴结构及轴承结构进行分析。然后,基于空气静压电主轴的动力学建模,对其进行模态分析和谐响应分析。最后,针对空气静压电主轴进行动态测试实验,并对比仿真分析结果和实验测试结果。研究表明载荷的大小决定了空气静压轴承的偏心率,同时对电主轴前端的刚度起决定性作用。谐响应分析表明在主轴固有频率左右,空气静压电主轴前端的振动位移较大。     

空气静压轴承在超高速微细孔钻削电主轴中的应用

介绍了超高速微细孔钻削的主要特点以及对钻削主轴组件的基本要求.针对这些要求,提出了将空气静压轴承应用于超高速微钻削电主轴支承结构中.对空气静压轴承支承的电主轴结构进行了分析,对径向及推力空气静压轴承的节流形式、节流器参数设计以及轴承间隙调整等问题进行了详细的论述.     

轴承配对形式对高速内圆磨削主轴性能的影响

通过对包含滚动轴承特性在内的主轴系统横向微分运动进行分析,确定出支承轴承配对形式对高速内圆磨削主轴临界转速和轴端刚度产生的影响关系,并给出了在电主轴实际应用中支承轴承配对形式的选择原则.     

超高速气体静压电主轴支承结构的优化设计

对于高精密、高精端、超高速的加工机床而言其核心部件毫无争议是静压轴承,而根据轴承—主轴系统支承理论,电主轴的抗弯刚度和气体轴承的静刚度决定了气体静压电主轴系统的承载能力和静刚度。因此,提高电主轴的综合性能,轴承的配置形式对于电主轴的承载能力也是至关重要的,对于不同的配置形式对应电主轴系统有着不同的系统稳定性和抗弯刚度。利用ANSYS软件将轴承和主轴进行了整体的装配结构设计后,利用流固耦合方法对提出的四种不同的支承形式分别进行了分析比较从而优选出最佳的支承形式。     

计及不平衡磁拉力的高速空气静压电主轴动力学分析

根据不平衡磁拉力作用机理,在电主轴动力学建模时将其等效为具有"负刚度"的支承元件;基于传递矩阵法建立计及不平衡磁拉力的高速空气静压电主轴的动力学模型,利用MATLAB7.0软件对最高工作转速为25×104r/min空气静压高速电主轴动力学特性进行计算。结果表明:计入磁拉力后电主轴的前3阶临界转速有一定程度的降低,且该电主轴工作转速远远高于1阶临界转速,属于挠性轴范畴。可以看出:1阶振型脆弱点在主轴前端,2阶振型脆弱点在主轴前端和转子轴段。     

高精度金刚石工具磨床主轴结构设计及有限元分析

对高精度金刚石工具磨床主轴系统进行了结构设计,分析了轴承预紧力对主轴温升和刚度的影响。分析结果表明轴承预紧力对主轴支承刚度有显著影响。在考虑轴承径向刚度和轴向刚度的基础上,研究并建立了主轴的有限元模型。利用有限元软件ANSYS对主轴单元进行了动静态特性分析,结果表明所设计的主轴系统能够满足金刚石刀具刃磨要求。     

超高速磨削机床主轴系统模态分析

针对液体动静压轴承支撑的超高速磨削主轴系统工作的特殊性,在机床工作过程中,主轴高速旋转,动静压轴承的支撑刚度随转速动态变化.为了解主轴系统工作过程中的动态特性,应用Flunent软件求解液体动静压轴承的动态支撑刚 度,而后在此基础上利用有限元分析软件ANSYS建立超高速磨床主轴系统的三维有限元模型,并对其进行模态分析,得到了各阶固有频率和振型.通过设置不同转速下轴承的支撑刚度,获得主轴系统模态分析结果,并利用图解法求解出主轴系统的临界转速.分析结果表明主轴系统在高速旋转状态下,系统的结构刚度会发生变化,使主轴系统的固有频率改变,并且随着转速提高差异越显著.通过振动试验测试验证仿真分析的可靠性,经分析可知,试验与仿真的误差主要来源于支撑模型的简化.     

基于ANSYS数控车床静压气体轴承主轴的模态分析

针对气体静压轴承支撑的精密数控车床主轴系统工作高精度的要求,在机床工作过程中,主轴高速旋转,静压气体轴承的支撑刚度随着转速动态变化。为了了解主轴工作过程中的动态特性,应用Pro／E软件对主轴进行三维建模,并用ANSYS对其进行模态分析,得到各阶固有频率和振型。掌握数控车床主轴各阶振动模态的特点,有利于气体轴承支持下的数控车床主轴结构设计,为机床的进一步研究及优化提供理论依据。     

基于有限元方法的磁悬浮磨床电主轴转子系统模态分析

用ANSYS建立电磁轴承支承的磨床电主轴转子的实体有限元模型,并将电磁轴承模化为弹簧支承,在完全弹性支承的情况下对转子进行模态分析,求解转子前四阶固有频率,得出转子固有频率随支承刚度变化的规律,并分析其振型,为磁悬浮转子系统的可靠设计提供理论依据。     

浅析利用ANSYS软件合理设计机床主轴支撑跨距

主要介绍了在机床设计时,利用ANSYS软件分析技术,合理计算主轴支撑跨距的步骤、方法,以图示的方法进行数据分析,并对结果进行了分析,从而提高机床的使用性能。     

多约束状态下重载机械式主轴有限元建模及模态分析

重载机械式主轴是重型数控(Computer numerical control,CNC)机床摆角铣头的关键功能部件,具有大功率、大扭矩特点,用于加工大型复杂曲面零件。其有限元建模及模态分析的准确性是主轴进一步动力学分析的基础。基于Timoshenko梁理论建立重载机械式主轴的运动方程,采用有限元法得到主轴的矩阵形式的动力学方程;在有限元软件中分别以实体单元和梁单元对主轴进行有限元建模,对轴承以Combin14弹簧单元建模,并以自由模态和实际工况约束条件下进行重载机械式主轴的模态分析;根据轴承型号计算轴承的径向刚度,作为重载主轴模态分析中弹簧单元的刚度参数;进行主轴锤击模态试验,验证重载机械式主轴多约束状态下模态分析建模及仿真结果的正确性。研究表明,把主轴考虑为Timoshenko梁单元和Beam188梁单元进行主轴有限元建模和模态分析时,结果更为准确,弹簧约束梁方式更符合实际情况。研究结果为重载机械主轴系统的进一步优化设计和精度控制提供依据。     

ANSYS在模态分析中的应用

共振是机械结构不可避免的问题之一,利用大型有限元分析软件ANSYS对设计的结构进行模态分析,将有效预估结构的振动特性及结构的优化设计。文章以主轴箱为例,运用该软件建立了主轴箱的三维有限元模型,在0～200Hz频率范围内,分析了该主轴箱的前十阶振型,结果表明:该主轴箱的主振频率处于62Hz,为主轴箱的整体设计及其制造提供了有力的技术支撑。     

DYNAMICS ANALYSIS OF SPECIAL STRUCTURE OF MILLING-HEAD MACHINE TOOL

The milling-head machine tool is a sophisticated and high-quality machine tool of which the spindle system is made up of special multi-element structure. Two special mechanical configurations make the cutting performance of the machine tool decline. One is the milling head spindle supported on two sets of complex bearings. The mechanical dynamic rigidity of milling head structure is researched on designed digital prototype with finite element analysis（FEA） and modal synthesis analysis （ MSA ） for identifying the weak structures. The other is the ram structure hanging on milling head. The structure is researched to get dynamic performance on cutting at different ram extending positions. The analysis results on spindle and ram are used to improve the mechanical configurations and structure in design. The machine tool is built up with modified structure and gets better dynamic rigidity than it was before.     

基于Workbench的高速电主轴动力学特性分析

利用Pro／E建立了电主轴三维模型,运用Workbench对高速电主轴进行模态分析和谐响应分析。获得电主轴的固有频率以及临界转速等动态特性;在此基础上对电主轴前端处的位移响应特性进行分析,证明了电主轴结构设计的合理性．为下一步的电主轴特性研究奠定基础。     

基于材料热特性的轴承预紧力自调节设计方法

采用滚动轴承支承的机床主轴在转速上升过程中摩擦发热产生温度变化,引起轴承预紧力变化限制了机床转速。提出材料热特性轴承预紧力自动调节方法,该方法是根据温度变化时金属材料受热伸长的特性,通过分析机床主轴转速上升时摩擦功率损耗产生的热量,建立主轴温度场模型。采用有限元计算主轴工作温升引起的热变形,按照两种金属材料受热伸长的差值,建立温差与位移关系的数学模型,并求解应用双金属材料结构设计参数。仿真计算结果表明,通过使用轴承预紧力自调节方法,可以有效地扩大机床转速范围,应用在加工中心的主轴上,主轴最高转速由2.5 kr/min 提高到了3 kr/min,取得了明显的效果。     

陶瓷轴承电主轴主轴的振动模态分析

针对实验室高速精密磨床用陶瓷轴承电主轴,在有限元分析软件中建立了三维有限元模型,对主轴部件进行了模态分析,得出了主轴前五阶固有频率和振型,对刚性支承和弹性支承情况下主轴模态进行了对比分析,为下一步进行详细的陶瓷轴承电主轴动力学分析打下基础。