高速电主轴可靠性优化与分析

运用ANSYS Workbench响应面优化和Six Sigma可靠性分析平台,在电主轴静力学分析基础上,以质量作为优化状态变量,最大变形作为优化目标进行可靠性优化设计;选取电主轴的几何尺寸、外载荷、弹性模量和前后轴承刚度作为随机输入变量,对电主轴进行可靠性分析。结果表明:优化后的电主轴静刚度提升了19.44%,达到设计标准值。可靠性灵敏度分析表明:杨氏模量、外载荷、前轴承刚度及内圆孔半径的随机变化对电主轴静刚度影响较大,优化后的电主轴可靠度达到98.459%,结构可靠性更高。     

超高速时电主轴轴承的动态支承刚度分析

基于滚动轴承受力分析的拟静力学和拟动力学模型,利用数值计算方法对超高速时电主轴轴承的内部动力学状态进行计算机模拟仿真,在求解每一个球滚动体动力学基本参量的基础上,计算电主轴轴承对转子支承的动态刚度,并结合具体算例,分析转速、轴承预载荷、径向外载荷等工况条件,以及套圈滚道曲率半径、球滚动体的直径和数量等轴承的内部结构尺寸、球材料的物理性能等方面的因素对轴承动态支承刚度的影响。分析结果表明,外部工况条件以及轴承内部的结构尺寸、球材料的物理性能等方面的因素对超高速时电主轴轴承的动态支承刚度影响较大,超高速时电主轴轴承的动刚度较静态和低速情况有着显著的变化。     

龙门式平面磨床电主轴传动装置动态特性分析

以某龙门式高精密光学玻璃平面磨床电主轴传动装置为研究对象,应用弹簧阻尼单元模拟静压轴承,建立电主轴传动装置的有限元模型,分析其动态特性。首先,采用不同的弹簧阻尼单元刚度值,得到静压轴承刚度的变化对电主轴传动装置模态分析的影响特点。其次,调整装置整体结构阻尼比值和静压轴承刚度,对电主轴传动装置进行谐响应分析,得到结构阻尼比、轴承刚度对装置谐响应峰值及动刚度的影响特点。结果表明结构阻尼比、轴承刚度对靠近砂轮处机构的动刚度影响显著,改进此处的阻尼及采用单油腔刚度达到300 N/μm的四油腔静压轴承有利于增大装置动刚度,减小振动幅度,提高加工精度。     

基于绝对节点坐标法的钢索结构动力学模型与特性

基于绝对节点坐标法并引入高阶位移插值函数,建立可描述钢索截面变形和旋转的钢索单元模型。考虑重力,计算轴向载荷下钢索结构变形及动态迟滞效应,采用准静态实验和动态载荷下的解析解验证了模型合理性。对不同载荷、结构参数及材料特性的钢索进行了准静态变形和动力学响应迟滞仿真分析。结果表明：轴向载荷下钢索结构的刚度主要受其直径影响,初始张力和钢索长度对变形的影响有限,动态响应迟滞时间由其自身长度及材料特性决定。相同条件下采用大直径钢索并适当增大初始张力,可在一定程度上增大钢索结构刚度,减小传动过程中的末端变形,改善长距离工况下钢索的传动性能。     

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。     

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。     

高速电主轴静刚度仿真与实验研究

主轴静刚度是评价电主轴静态特性的一项重要指标,对保证精密数控机床的加工精度至关重要。基于典型工况下切削力和角接触球轴承径向刚度计算公式,通过建立的主轴-轴承系统三维有限元模型,仿真获得了在指定工况下电主轴前端轴向变形量及主轴静刚度。在搭建的实验平台上对电主轴进行了静刚度实验。通过对比仿真结果和实验结果,间接验证了该有限元模型的有效性。基于可靠的有限元模型,进一步仿真获得了电主轴静刚度随前后端轴承预紧力的变化情况。     

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.     

陶瓷球轴承接触角和预紧力对高速磨削电主轴静刚度的影响

陶瓷球轴承作为电主轴的核心部件,其结构参数对电主轴的静刚度有着重要的影响。基于角接触球轴承径向刚度计算公式,通过仿真分析研究了接触角和预紧力对电主轴静刚度的影响。通过建立的主轴-轴承系统三维有限元模型,仿真获得了不同接触角和预紧力下主轴前端径向变形及主轴静刚度,进而根据有限元仿真结果拟合得到了主轴静刚度关于接触角和预紧力的拟合方程及拟合曲线。     

非驱动轮毂轴承单元法兰盘轴颈静强度计算及试验

针对轮毂单元静强度计算及试验验证问题,根据第三代非驱动轮毂轴承单元的受力情况,提供了一种用CAE仿真分析方法以外的简便数值分析计算方法,即在车辆受到侧向1.2 g的临界侧向加速度下,将轮毂轴承单元受到的外部径向力和轴向力,通过轮毂轴承单元内部受力分析,转化为轴承内部双列滚道的两个载荷中心的径向力和轴向力;并将轮毂轴承单元法兰盘内侧受力轴颈简化等效为实心悬臂梁的处理方法,来计算法兰盘轴颈静强度;并用侧向静强度试验方法,通过构建适当的试验方案,来验证轮毂轴承单元法兰盘静强度,为设计优化提供简便的分析验证方法。研究结果表明,该简化模型计算结果能够与侧向静强度试验结果保持一致,为笔者利用简化计算方法来简便快速地定量选取轴径和轴颈r角大小提供了可能;该方法计算简便有效,结果可靠。     

防爆风机主轴单元静、动态特性分析

采用有限元分析方法,根据防爆风机工作情况及主轴单元结构建立了主轴单元的三维计算模型,运用ANSYS软件,对主轴单元结构和静、动态特性进行了计算,具体包括主轴在载荷作用下所受的应力、产生的变形、各阶固有频率和振型、临界转速等,为优化主轴结构和改善主轴的动静态特性提供理论依据.根据振动测试原理,建立了主轴单元的动态测试系统,对主轴单元进行试验模态分析.通过采集系统输入与输出信号,经参数识别而获得试验模态参数.将理论计算与试验结果相比较,结果表明,所建立的模型是有效的.文中对数据进行了分析,提出了改进主轴结构的建议.     

大型型钢轧机接轴弹簧力学性能分析

基于大型型钢轧机接轴托架系统的受力分析,得到平衡状态下弹簧所受载荷.在此基础上建立弹簧三维实体有限元模型,计算弹簧在压缩载荷作用下的变形和应力分布,对弹簧的强度和刚度进行校核.分析结果表明,接轴弹簧强度和刚度均满足设计要求.     

高速精密实验磨床电主轴振动特性的实验研究

介绍了高速精密实验磨床直线电机带动电主轴进行磨削加工时伺服刚度的调节方法；分析了电主轴一砂轮接杆系统高速旋转时引起振动的原因，提出了改进的方法；并通过实验验证改进后的主轴一砂轮接杆系统振动平稳、幅值较小，能满足高速精密磨削的要求。     

陶瓷球轴承高精密电主轴临界转速分析

主要研究陶瓷球轴承高精密电主轴动态性能。首先简化并建立轴承—转子系统模型,然后根据电主轴高精度要求选择合适的预紧力,并计算出前后轴承的径向刚度;将所建模型导入软件,根据径向刚度值进行模态分析,结果可以看出所设计电主轴在实际运转中不会产生共振;最后分析出电机转子安装位置变化对临界转速的影响不大,并对比跨距和悬伸量两个模态参数对临界转速的影响,跨距影响最大,悬伸量次之,而安装位置影响最小。该研究为电主轴的设计提供良好的理论依据。     

永磁同步型磨削电主轴偏心振动分析及实验*

电主轴是将旋转主轴与电机转子集成为一体的主轴单元,结构复杂,由于加工或装配误差等原因,电主轴转子会存在着一定的偏心量,为探求由于电主轴偏心所导致的转子振动特性,建立了电主轴转子偏心模型,采用Maxwell应力张量法计算了偏心造成的不平衡磁拉力(UMP),将UMP解析式代入Jeffcott转子模型,得到了转子偏心振动方程。以某磨床的永磁同步电主轴为研究对象,利用有限元方法分析了UMP,发现作用于转子的UMP始终指向气隙最小的方向,研究了不同转速下转子在质量偏心离心力和UMP作用下的振动响应。研究结果表明,电主轴在低速运行时,UMP为转子振动的主要来源;随着转速的增加,质量偏心离心力对转子振动的影响更加明显,而UMP大小保持不变,其频率随转速增加而增大,对转子振动的作用随之减弱。对某机床厂所研发永磁同步型磨削电主轴在试运行时产生的振动问题进行了实验,对主轴振动频谱分析后判断实验电主轴存在静态偏心,测得主轴轴心轨迹对前述分析进行了验证。     

驱水机技术改造及其分析

随着生产条件的变化,早前进口的一台JB-400×1000型驱水机出现严重的振动,其6213型主轴承完全散架、瘫痪。针对驱水机6213主轴承只散架、瘫痪而并无明显磨损、疲劳的破坏特点,详细研究轴承破坏的主要原因,从提高轴承支承结构刚性和降低主轴弯曲变形出发,重点解决主轴支承刚度差、轴承附加载荷大的问题,仔细分析对比了各种技改方案,以仅更改套管一个尺寸的简单措施,取得了轴承使用寿命延长数倍的改造效果,保证了生产正常运行。     

坡口机恒负载切削控制系统的设计与研究

针对坡口机的现状,提出了由触摸屏、伺服单元、PLC和主轴动力单元组成的一种坡口机恒负载控制系统,将模糊控制应用到坡口加工过程中,在主轴电机转速不变的情况下,通过伺服电机的智能进给,实现恒负载切削的目的,以满足提高设备寿命和加工性能的需求.     

高速旋转静压支承接头的芯轴动态力学分析

以研究和开发新型的两通道高速旋转静压支承接头为目的,借助大型有限元ANSYS软件,分析了高速旋转静压支承接头芯轴的固有振动特性及谐响应,探讨了旋转接头的动力特性。结果表明:芯轴刚性越大,临界转速越高;在简谐荷载激励下,随着工作频率的增大,芯轴各处的径向动态位移均有不同程度的增加,但均满足芯轴结构的动态特性设计要求。     

驱水机技术改造及其分析

针对驱水机的严重振动,从轴承支承结构特点和主轴弯曲变形出发,详细分析轴承破坏的主要原因,重点解决主轴支承刚度差、轴承附加载荷大的问题,采取简单可靠的改造措施,有效地延长了轴承的使用寿命,保证生产的正常运行。