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澄海厕所清通主轴体系动态特性剖析

主轴体系是机床清通发作振荡的要害部件,剖析主轴的动态特性能够了解机床清通的抗振才能和变形办法。剖析中将主轴与支撑轴承简化成一个弹性体系,一起将主轴旋转发作的离心力当作结构的预应力,该办法为主轴类零件的动态剖析供给了新的思路。

导言

本文以数控主动上下料立式机床清通主轴体系为研讨目标,研讨主轴结构规划对主轴体系的稳定性和抗振才能的影响。将主轴与支撑轴承简化成一个弹性体系,将主轴旋转发作的离心力当作预应力来进行剖析,为主轴类零件剖析供给了新的剖析思路。

有限元办法被广泛应用于机械工程类的剖析核算中,本文对机床清通主轴进行有限元剖析首要需求树立主轴的有限元模型,包含对主轴模型设定资料参数、区分网格和施加边界条件,其间边界条件能够考虑轴承的支撑要素,即在轴承支撑的方位增加具有刚度值的弹性束缚条件。使用有限元办法咱们能够对主轴进行模态剖析与谐响应剖析。

1、主轴模态剖析

当主轴滚动时,质心会违背轴线使轴发作方向周期性改变的惯性力,这一惯性力是激起轴的横向振荡的主要原因。当主轴转速挨近或经过本身临界转速时,其振荡会显得反常激烈。模态剖析能够断定组织的固有频率和振型,然后防止主轴作业时发作过大振荡。

1.1模态剖析理论基础

由有限元理论得主轴的动力学方程如下:

由有限元理论得主轴的动力学方程

其间:ω为体系的固有频率

1.2主轴结构规划

主轴作为剖析研讨的目标挑选了两种规划结构,一种是长轴结构(见图1),另一种是短轴结构(见图2)。由图1能够看出,长轴结构规划中的主轴归于细长轴,长度为736mm。而第二种规划的空心短轴中轴长度显着减小到280mm,直径相对增大。能够看出这两种计划中主轴结构的形状和尺度都不相同,经过有限元剖析可核算出结构的模态参数,比照成果判别哪种结构更优。

长轴结构图

图1长轴结构图 图2短轴结构图

1.3模态剖析边界条件

依据实践状况,主轴作业时要遭到其他部件的束缚,也就是要设置相应的束缚条件。轴承作为支撑主轴的部件,它的支撑刚度对转子体系的精度、抗振才能起着决定性效果。轴承对主轴的支撑即可模拟为主轴与轴承合作部位施加弹性束缚(如图3所示),一起在主轴上端有锁紧螺母和其他结构束缚主轴的X、Y、Z向自由度。

轴承支撑参数的辨认有多种办法,如传递函数法、直接法等,本文使用已有经历公式核算角触摸轴承的刚度。主轴轴承选用定位预紧办法,在已知预紧力的状况下,可近似求得角触摸球轴承的径向刚度Kr:

图3等效绷簧方位示意图

带预应力的模态剖析成果

1.4带预应力的模态剖析成果

依照已知的参数对主轴的有限元前处理进行设定,绵阳好日子保洁公司 成都锦江区开锁 13281206646依据束缚条件施加弹性束缚,为了考虑转子旋转时离心应力的影响需求给主轴设定一个转速,即带预应力的结构模态剖析。剖析得到两种结构主轴的前3阶模态成果如表1、表2所示。
吴丹丹Miki 14:51
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2018-02-23 10:31
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2018-02-23 10:05

  表1空心短轴的固有频率和振型

空心短轴的固有频率和振型
由表1和表2可知,长轴的临界转速远小于空心短轴的临界转速。加工时的转速在3000r/min,空载转速为3500r/min,而长轴的低阶临界转速是3180r/min和3192r/min,由此可知,长轴加工时可能会发作较大振荡,而短轴的临界转速远大于实践转速,防止了发作共振的可能。

2、主轴谐响应剖析

谐响应剖析是研讨物体遭到必定频率规模内激振力时发作的变形和应力改变状况,研讨目标主轴所遭到的束缚条件与模态剖析相同,施加载荷为60N·m的转矩。别离以长轴和短轴前端一点进行位移变形的数据收集,采样间隔4Hz,在转矩载荷0Hz~80Hz实验区间均匀得到20个采样点。采样频率处的核算数据连接成如图4、图5所示的曲线,能够剖析主轴在该频率区间受载荷下的变形状况。

主轴在该频率区间受载荷下的变形状况

3、定论

本文在模态剖析进程中考虑了轴承的支撑刚度,并将主轴旋转发作的离心应力作为预应力,求解得出所规划主轴的低阶固有频率和振型。比照成果显示空心短轴的动力学特性比长轴的更好。本文还对其做了谐响应剖析,成果表明在必定频率改变的正弦力效果下空心短轴结构的受力变形更小,这也与模态剖析的成果相吻合。

http://www.gjr4.com/gjr4/gjr4-10.htm

 

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