DVG850高速立式加工中心电主轴的动静态特性分析.pdf

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1、·设计与研究·组合机床与自动化加工技术文章编号：1OO1—2265(2010)12—0032—03DVG850高速立式加工中心电主轴的动静态特性分析文怀兴，王美妍，吕玉清(陕西科技大学机电工程学院，西安710021)摘要：针对240XDJ24Y型电主轴的结构特点，在Ansys软件中建立电主轴的三维有限元模型，分析并计算出电主轴的静态变形量与静刚度。结合Ansys软件中的Solid45单元与Combinl4单元对电主轴进行动态分析，采用QRDamoned法进行模态提取，得到前6阶的振动特性。分析结果表明：电主轴的静刚度能够满足要求；电主轴的最高工作转速远离临界转速，能有效避

2、免共振现象的发生。关键词：电主轴；静态分析；模态分析；Ansys中图分类号：TH16；TG65文献标识码：AAnalysisofStaticandDynamicCharacteristicsforElectricSpindleofDVG850High-speedMachiningCenterWENHuai—xing，WANGMei—yan，LVYu-qing(SchoolofMechanicEngineering，ShaanxiUniversityofScience&Technology，Xi’an710021，China)Abstract：Accordingtothec

3、haracteristicof240XDJ24Yelectricspindlestructure，a3Dfiniteelementmod·elisbuiltinAnsyssoftware，thenanalyzedstaticdeflectionandcalculatedstaticstiffness．DynamicanalysisiscompletedinSoild45cellandCombin14cel1．ThesixsetsinherentfrequencyacquiredbythemethodofQRDamoned．Theresultsshowthatstatics

4、tiffnessofelectricspindlecanmeettherequirement，andthehighestworkingspeedisfarawayfromitscriticalrotatespeedwhichcanavoidresonancephenomenoneffectively．Keywords：electricspindle；staticanalysis；modalanalysis；Ansys高速立式加工中心240一XDJ24Y型电主轴的结构图。O引言其额定功率为18．5kW，额定扭矩为68．7N·In，最高随着我国国民经济的发展，为适应快速变化的

5、转速为24000r／min。市场和顾客化的产品需求，高速切削以其能够大幅1．2电主轴有限元模型的建立度提高生产效率，改善表面加工质量，缩短生产时由于电主轴是一种阶梯轴，具有中空、多支承的间，降低生产成本等优点成为制造业的重要发展方向。高速机床是实现高速切削的首要条件，而高速电主轴是高速机床的核心部件。因此为提高高速机床的性能，高速电主轴单元的动静态分析就尤为重要。1电主轴的结构与有限元模型1．1电主轴的结构如图l所示为DVG8501拉杆2前轴承3．润滑油路4．电机定子5．电机转子6．冷却槽7，后轴承图l高速电主轴结构收稿日期：2010—06一l2基金项目：国家“高档数控机

6、床与基础制造装备”科技重大专项课题(2009zx04001—014)作者简介：文怀兴(1957一)，男，陕西武功人，陕西科技大学教授，博士，主要从事机械制造及自动化的教学和科研工作，(E—mail)wangmeiyanl11@126corn。·32·2010年第12期·设计与研究·特点，轴承受多种载荷的作用且具有非线性弹性形变的特点，因此在建立电主轴有限元模型时，作如下简化：将角接触球轴承简化为弹性支承；认为轴承只有径向刚度，不具有角刚度，将轴承进一步简化为径向的弹簧压缩单元；忽略轴承负荷对轴承刚度的影响；将电机的转子等效为同密度的轴材料，作为主轴的附加分布质量，等效到主

7、轴单元上。根据以上模型简化特点，利用Ansys软件中的Solid45单元来模拟整根轴，利用Combinl4弹簧——阻尼单元来模拟轴承结构。Solid45单元主要应用于三维实体模型结构，该实体单元为一个8节点的单元，每个节点有3个自由图3电主轴的静态变形图度，同时它具有塑性，蠕变，辐射膨胀，应力强化，大变形，大应变的特性。3电主轴模态特性分析Combinl4弹簧——阻尼单元：该单元可用于一设置Ansys软件中的Analysistype为Modal，对维、二维、三维空间在纵向或是弹性扭转弹簧阻尼效建立好的有限元模型进行模态分析。电