数控重型曲轴铣车复合加工机床旋风刀架有限元分析.docx

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1、数控重型曲轴铣车复合加工机床旋风刀架有限元分析高思煜１富宏亚１倪焱２１．哈尔滨工业大学，哈尔滨，１５０００１２．齐齐哈尔重型数控装备股份有限公司，齐齐哈尔，１６１００５摘要：针对数控重型曲轴铣车复合加工机床旋风刀架的结构特点，利用ＵＧ软件建立其三维模型，对旋风刀架恒流静压导轨的油膜刚度进行了计算，采用ＡＮＳＹＳ软件建立了旋风刀架有限元模型，并进行了静力和模态分析，得到了其应力分布图、结构变形图以及前６阶固有频率和模态振型。对计算结果的分析表明：旋风刀架具有良好的静力特性和动态特性，能够满足设计要求。指出了旋风刀架结构设计的薄弱环节，并为其结构优化设计提供了一些参考数据。关键词：旋

2、风刀架；静力分析；模态分析；ＡＮＳＹＳ中图分类号：ＴＨ１２３文章编号：１００４—１３２Ｘ（２０１１）２３—２７７３—０６ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＷｈｉｒｌｗｉｎｄＣｕｔｔｅｒｏｆＮＣＨｅａｖｙＣｒａｎｋｓｈａｆｔＭｉｌｌｉｎｇ－ｔｕｒｎｉｎｇＣｏｍｂｉｎｅｄＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌＧａｏＳｉｙｕ１ＦｕＨｏｎｇｙａ１ＮｉＹａｎ２１．ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ，１５０００１２．ＱｉｑｉｈａｒＨｅａｖｙＣＮＣＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｉｑｉｈａｒ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ，１６１００５Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒ

3、ｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｗｈｉｒｌｗｉｎｄｃｕｔｔｅｒｏｆＮＣｈｅａｖｙｃｒａｎｋｓｈａｆｔｍｉｌｌｉｎｇ－ｔｕｒｎｉｎｇｃｏｍｂｉｎｅｄｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ，ａ３ＤｍｏｄｅｌｏｆｗｈｉｒｌｗｉｎｄｃｕｔｔｅｒｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｕｓｉｎｇＵＧ；ｔｈｅｏｉｌｆｉｌｍｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｆｌｏｗｄｅｌｉｖｅｒｙｏｉｌｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃｇｕｉｄｅｗａｙｏｆｗｈｉｒｌｗｉｎｄｃｕｔｔｅｒｗａｓｃａｌｃｕ－ｌａｔｅｄ；ｔｈｅｎ，ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｓｏｆｗｈｉｒｌｗｉｎｄｃｕｔｔｅｒｗｅｒｅｂｕ

4、ｉｌｔｂｙｍｅａｎｓｏｆｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳａｎｄｔｈｅｓｔａｔｉｃａｎｄｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｗｅｒｅｄｏｎｅ，ｔｈｒｏｕｇｈｗｈｉｃｈｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｉｇｕｒｅｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅ－ｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｉｇｕｒｅｓ，ｔｈｅｆｉｒｓｔｓｉｘｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓａｎａｌｙｓｅｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｉｒｌｗｉｎｄｃｕｔｔｅｒｈａｓｇｏｏｄｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒ－ａｃｔ

5、ｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｅａｋｌｉｎｋｓｏｆｗｈｉｒｌｗｉｎｄｃｕｔ－ｔｅｒｗｅｒｅｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄａｔａｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｈｉｒｌｗｉｎｄｃｕｔｔｅｒ；ｓｔａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓ；ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓ；ＡＮＳＹＳ引言数控重型曲轴铣车复合加工机床是用于加工万吨级大型船用柴油机曲轴的关键设备，其生产制造难度非常大，属于高精度尖端产品，是我国造船业具有重大战略意义的标志

6、性装备。旋风刀架是该机床的关键部件，该刀架的研制打破了国外在大型曲轴加工上的技术垄断和封锁，实现了具有自主知识产权的大型船用曲轴加工设备的国产化，解决了普通车床无法切削大型曲轴拐颈的难题［１－２］。该旋风刀架具有超大、超薄的结构特点，因此，一方面需对其进行静刚度分析，以免在工作时由于其刚度不足发生较大的变形而影响加工精度，为结构优化提供参考；另一方面要对其进行模态分析，求出其固有频率和模态振型，防止旋风刀架在工作条件下发生共振，为其动态优化设计提供方向和参考依据。０旋风刀架结构建模１结合本课题的实际情况，本文只对旋风刀架的关键零部件进行建模。关键零部件包括刀架上盖、旋风刀架座、静

7、压轴瓦（３６块）、大齿圈（上／下体）、短轴及刀座等。旋风刀架的外观总体尺寸（长×宽×高）为４０８０ｍｍ×１０００ｍｍ×４２１０ｍｍ，总质量约为２．４５ｔ，受所加工曲轴结构限制，其中旋风刀盘宽度仅为１３６ｍｍ，属于典型的低刚度结构，如图１所示。旋风刀盘两侧各设有１８块静压轴瓦，沿圆周方向均匀安装在刀架体上，如图２所示。旋风刀盘与静压轴瓦之间采用恒流静压导轨连接，每块轴瓦的内径及端面上各设有一个静压油腔，如图３所示。·２７７３·收稿日期：２０１１—０１—１１基金项目：国家科技重大专项