数控蜗杆砂轮磨齿机主轴系统模态与谐响应分析

针对数控蜗杆砂轮磨齿机磨削过程中具有简谐振动的特点,建立其主轴系统的三维有限元模型。利用有限元分析软件ANSYS进行模态分析和谐响应分析。通过模态分析求解获得了主轴系统的固有频率和振型,并研究了角接触球轴承支承刚度对其固有频率的影响;通过谐响应分析获得了主轴系统的变形—频率响应曲线,最后通过计算临界转速来验证主轴系统是否发生共振。研究结果表明:增大角接触球轴承的支承刚度有利于提高主轴系统的固有频率。磨削激振力的频率在600Hz附近时,变形—频率响应曲线出现了最大的峰值响应为6.56μm。为了避免共振,主轴系统的工作转速应尽量避开一阶临界转速。     

机床主轴系统的振动特性分析

以某普通车床主轴系统为研究对象,采用有限元分析软件ANSYS建立主轴系统的有限元模型,并进行动态性能分析,得出特定工况及不同结构参数下主轴系统的前8阶固有频率、振型及最大综合变形;分析了支承刚度、支承跨距等结构参数对主轴系统低阶固有振动特性的影响以及对其抗振性能的影响.为机床主轴系统及同类零部件的动态设计及残余应力振动时效工艺提供了有益的分析数据和可行的分析方法.     

JKM8凸轮轴磨床头架主轴系统动态特性分析

凸轮轴磨削精度主要受机床主轴系统的自激振动、受迫振动和热变形的影响,模态分析是动力学分析的基础,因此有必要深入分析主轴振型对磨削精度的影响。以JKM8凸轮轴磨床头架主轴系统为研究对象,使用弹性支承单元模拟静压轴承,建立转子-轴承系统有限元模型进行模态分析,获取系统前6阶模态参数,运用参数讨论法,研究系统固有频率随支承刚度的变化规律。结果表明:主轴转速远远低于一阶临界转速,因此不会发生共振;静压轴承的支承刚度对主轴系统的低阶固有频率影响很大,支承刚度大于300 N/μm时,固有频率的增加幅度显著减小。研究结果为磨床主轴系统的优化提供了理论依据。     

空气静压主轴有限元建模及动态特性研究

为提高空气静压轴承支撑的空气静压主轴的动态工作性能,文章利用Fluent计算出了空气静压轴承在不同供气压力下气膜刚度,利用Ansys Workbench中的轴承单元和弹簧—阻尼单元模拟轴承支承,对主轴系统进行了模态分析和动态响应分析,得到不同供气压力下主轴系统的固有频率、振型以及激振力作用下的位移幅频动态响应曲线。结果表明,随着供气压力的增加,轴承气膜刚度增加,且对主轴系统的低阶模态和高阶模态影响不同。另外随着气膜刚度增加,谐振频率逐渐增大、振幅减小,系统抵抗受迫振动能力逐渐增强。研究结果为提高空气静压主轴的动态性能提供了一定的理论依据。     

RV减速器柔性因素对动态传动误差影响分析

为研究RV减速器柔性因素对传动精度的影响,以BX40E减速器为研究对象,综合考虑支承弹性变形及齿轮接触弹性变形对系统动态传动精度的影响,建立多自由度RV减速器动力学模型,提取系统的动态响应;探究变载、变速条件下各级传动接触及支承变形对动态传动误差的贡献量,量化分析BX40E减速器传动误差对各柔性因素的灵敏度。结果表明：动态传动误差随负载增加而增加,输出转速平稳性随负载和转速增加而下降;二级传动的接触变形对减速器传动误差贡献最大,柔性支承贡献次之;传动误差对“摆线齿轮-曲拐”处及“行星架-曲柄轴”处支承刚度的敏感度高于其他支承处,对二级齿轮接触刚度的敏感度高于一级传动。     

XK2310数控铣床工作台系统的静动态特性研究与分析

XK2310数控铣床工作台系统是机床的关键部件之一,其静动态特性对零件加工精度有很大的影响,为了提高XK2310工作台系统的静动态特性,利用ANSYS Workbench 14.0对工作台系统进行静动态特性分析。静态分析的目的是检验工作台系统是否满足静力学特性,静力分析结果表明,在切削载荷作用下,工作台的最大应力、应变值都远远低于材料的极限值,最大变形量在精度范围内;动态特性分析的目的是了解工作台系统在切削加工时,主轴产生的激励频率是否会引起工作台系统共振,模态分析结果表明,当主轴转速为1539r/min、2052r/min、3077r/min、4214r/min时,产生的激励频率与工作台系统的第1、第2阶固有频率相等,将引起工作台系统共振。     

数控机床主轴静动态特性分析与优化设计

针对采用传统方法设计的主轴存在刚度不足、动态响应差的问题,以专用数控机床主轴为研究对象,基于CREO对其进行三维建模,同时进行静态分析与模态分析,得到主轴的变形量、应力、固有频率、临界转速和振型等静动态特性。以主轴质量最轻为优化目标,对主轴的孔径、外径、支承跨距及前端悬伸量进行优化设计,并对优化前后主轴的性能进行比较。结果表明:主轴结构优化后,其质量得到减轻,质量惯性矩得到降低,主轴动态响应特性有显著提高。     

铝钢薄板多铆钉连接变形分析及工艺优化

自冲铆接后薄板的翘曲变形影响汽车零部件的装配精度。为了降低多铆钉连接后板件翘曲变形量,提高装配质量,本文通过正交试验的方法对多铆钉铆接的变形特点进行了研究。以不同厚度的AA6061铝合金板及同一厚度的DP590钢板作为研究对象,探讨铆接间距、板件厚度及铆接次序对铆接后翘曲变形的影响规律。结果表明:板厚对变形影响最大,变形量随板厚的增加而减小;铆接间距对翘曲变形量的影响其次,翘曲变形量随铆接间距的增加而增加;铆接次序对变形量的影响最小但可以在一定程度上减小变形量。     

XM2309定梁龙门铣磨床铣削主轴的有限元分析

针对定梁龙门铣磨床铣削主轴系统,应用ANSYS有限元分析软件,采用弹簧阻尼单元模拟轴承支承的方法,建立了主轴系统的有限元分析模型.依据主轴系统的典型工况条件,对主轴系统静态特性进行了分析,得出了主轴系统的静态应力及变形,结果表明主轴的静态力学性能满足设计要求.通过对主轴系统动态特性的分析,获得了主轴系统的固有频率及振型,主轴临界转速远大于其工作转速,不会发生共振.分析结果也为主轴系统的进一步优化设计提供了理论依据和指导.     

数控龙门镗铣床滑枕热特性分析

滑枕是影响数控龙门镗铣床加工精度的关键部件。针对切削加工中存在的实际问题,确立导致滑枕热变形的热源,对轴承生热率进行计算,建立热变形数学模型;对滑枕进行热性能分析,并对主轴轴系结构进行改进。结果表明:滑枕的最高温度在主轴轴承支承处,为64.13℃;滑枕的最大的热变形在主轴轴承支承端,为38.9μm;采用冷却套结构、后轴承自由支承方式,减小主轴、滑枕热变形,从而提高数控龙门镗铣床加工精度。     

Characteristics of a spindle bearing system with a gear located on the bearing span

The spindle bearing system is the main source of the total cutting point compliance of machine tool structures. In this work, the static and dynamic characteristics of a spindle bearing system driven by a gear located on the bearing span were investigated using the analytical and finite element methods. Based on the calculated results, a prototype spindle bearing system was manufactured and its static and dynamic characteristics were measured. From the comparison of the experimental results with the calculated results, it was found that the finite element method predicted well the static and dynamic characteristics of the spindle bearing system.     

Thermal characteristics of the spindle bearing system with a gear located on the bearing span

High cutting speeds and feeds are essential requirements of a machine tool structure to accomplish its basic function which is to produce a workpiece of the required geometric form with an acceptable surface finish at as high a rate of production as is economically possible. Since bearings in high speed spindle units are the main heat source of total cutting system, in this work, the thermal characteristics of the spindle bearing system with a tilting axis were investigated using finite element method to improve the performance of the spindle bearing system. Based on the numerical results, a specially designed prototype spindle bearing system was manufactured. Using the manufactured spindle bearing system, the thermal characteristics were measured and compared to the numerical results. From the comparison of the numerical results with the experimental results, it was found that the finite element method predicted well the thermal characteristics of the spindle bearing system.     

冷却液二次热源效应对磨齿机热特性的影响

为了提高大型磨齿机的热刚度,通过建立热-结构耦合有限元分析方法,研究了冷却液对其热特性的影响。研究结果表明:由于吸收磨削热的冷却液喷淋在前后床身的结合处、旋转工作台以及工件立柱的3个侧面,导致整机在长度和高度方向有较大的温度梯度,工件立柱和立柱均出现了"后仰"现象;随冷却液温度的增大,主轴端面和工作台中心的相对总变形呈现增大趋势,最大变形可达174.6μm。     

基于ANSYS Workbench的球面磨床磨头结构设计方案分析

磨头属于精密数控球面磨床的关键部件,其结构形式会直接影响到磨头动力部件的刚度,从而影响到加工工件的精度及表面质量.针对SMG63H球面磨床磨头结构形式设计的三种方案,运用ANSYS Workbench对磨头动力部件加载工况进行静态特性分析,通过分析不同设计方案的磨头、主轴、主轴箱以及磨头动力部件整体的变形量和应力大小,选出静态特性最优方案.此方法为精密数控球面磨床关键部件有限元分析及设计方案的优化提供技术支持,为改善机床结构性能和提高机床精度奠定了基础.     

Effect of preload of linear guides on dynamic characteristics of a vertical column–spindle system

Realization on the dynamic characteristics of the column–spindle system is of importance for enhancing the structural performance of a vertical milling machine. Generally, the spindle head is fed under linear guide mechanism through a ball-screw driver. To assess the dynamic characteristics of a vertical column–spindle system under the influence of a linear guide, this study developed a finite element model integrated with the modeling of linear components with the implementation of contact stiffness at the rolling interface. Both the finite element simulations and the vibration tests reveal that the preload of a linear guide greatly affects the vibration behavior associated with a spindle head, and the dynamic stiffness of the spindle head could be enhanced by increasing the preload of the linear guide. Current results clearly indicate that the simulations agree well with the experimental measurements. This also confirms that the proposed model can be successfully applied to evaluate the dynamics characteristics of machine tool systems of various configurations.     

精密卧式加工中心主轴系统热特性分析

主轴系统的热特性对精密卧式加工中心的加工精度有重要影响.以精密卧式加工中心的主轴系统为主要研究对象,采用有限元软件的热、结构耦合技术仿真计算了主轴系统达到热平衡状态后的温度场分布和热变形.然后结合主轴系统的结构特点,分析了主轴转速、轴承跨距、冷却液流量和冷却液初始温度对主轴系统热特性的影响.结果表明,主轴转速、冷却液流量和冷却液初始温度对主轴系统的温升和主轴端面跳动有重要影响,而轴承跨距的改变影响不大.     

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。     

高速机床主轴－轴承系统动态性能研究

为研究主轴－轴承系统的动态性能,以某型号精密卧式加工中心主轴系统为研究对象,通过偏心质量激励法测得主轴支承轴承刚度,采用Timoshenko梁单元对主轴进行有限元建模,系统地分析了主轴离心效应、轴承预紧力对于主轴动态性能的影响,并进行了实验验证。结果表明：提高预紧力可有效增加主轴轴承刚度,提高主轴动态性能。同时证明采用有限元法计算主轴轴承的刚度是一种行之有效的方法。     

轴承预紧对机床主轴刚度的影响

阐明了用有限元法分析计算机床主轴组件刚度的步骤和方法,并对主轴刚度进行计算,讨论不同预紧条件下,轴承刚度对主轴性能的影响;并探讨轴承预紧后,增大预紧量对主轴刚度的影响。结果表明:支承轴承预紧的增大使主轴弯曲刚度增幅最大为22%,而对固有频率的影响不明显。