有限元静态特性分析在主轴上的应用.pdf

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有限元静态特性分析在主轴上的应用

沈阳第一机床厂!!辽宁!!!""#$"!卢金丽!刘守胜!崔!健

!"构建几何模型轴前端变形位移的节点号为=="如图<所示$
#C7A-3=主轴是一种阶梯轴"具有中空#多支承的
特点$主轴承受多种载荷"在四个轴承支承下高速旋
转"因此"该主轴是一个较复杂的超静定梁结构$虽然
主轴轴承的刚性不是一个定值"而是轴承所受载荷%主
轴支反力&的函数"但由于主轴的结构对称"形状简
单为了方便计算将其作为空间弹性梁处理
""$图<!主要测点变形图
将主轴部件简化为-A段梁"-B个关键点"划分为由图<中可看出==节点处点的横向变形T4H
个单元个节点建立有限元几何模型如图所以主轴静刚度为
->333:""-->I=;<#G"
所示简化后主轴的二维有限元模型的三维仿真如图
$3F,3>>>
LHHH-:DIB%5!G&
T4->I=;<#
所示$
%-&轴承径向刚度对主轴静刚度的影响!一般来说
随着轴承预紧力的增加"前后轴承的径向刚度均有不同
程度的增大"首先取后轴承刚度不变"改变前轴承的刚

度"观察主轴静刚度变化"刚度取值如表-所示$图=
为主轴静刚度随前轴承的轴承径向刚度变化发生改变的

曲线图$
表前轴承刚度取值单位
!!!%’5!#G&

组合前滚子后滚子
球轴承-球轴承3静刚度
编号轴承轴承

-->>>;=>;=>-;<3-:AI:-<
3-;>><=><=>-;<3-DBIA;3
’"利用有限元法计算主轴静刚度
;-=>>==>==>-;<33>AID=>
在三个前轴承支承处加轴向位移约束%前支承轴向
<3>>>A=>A=>-;<33-=IB=D
固定再按试验加载方法在相应节点加上径向载荷
&"F,=3=>>B=>B=>-;<333;IAD<
H3>>>5$.57L7运行计算后主轴静力变形如图;所A3B>>:=>:=>-;<33;>IA:>
示$

图=!主轴静刚度对前轴承改变的变化曲线
图主轴静力变形图
;!取前轴承刚度不变"改变后轴承的刚度"观察主轴
按试验方法对图;进行.57L7查询处理"找出主

冷加工!""#年第!$期!"
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／／应用
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静刚度变化"刚度取值见表3#图A为主轴静刚度随后组件质量不变"只在主轴端部加集中质量"利用.5a
轴承的径向刚度变化发生改变的曲线图#7L7软件分析计算"主轴前端加集中质量对主轴静刚度
由上述两图可以明显看出后轴承刚度的变化对主轴的影响变化曲线如图:所示#
静刚度的影响不大"而随着前轴承的刚度加大主轴静刚
度则明显增大#
表后轴承刚度取值单位
’!!$%5!#G&

组合前滚子后滚子主轴静
球轴承-球轴承3
编号轴承轴承刚度

-3<:;<;><;>:>>-B>I;<;
33<:;<;><;>-->>-B-I3A3
图:!主轴前端加集中质量对主轴静变形影响变化曲线
;3<:;<;><;>-<>>-B-IBD-
图D’图->分别显示
<3<:;<;><;>-B>>-B3I-<B
了主轴前端加集中质量前
=3<:;<;><;>3>>>-B3I;:<
后主轴在一阶固有频率
A3<:;<;><;>3;>>-B3I=BB"
附近被激振时的幅频曲

线#比较可知"加质量
后"主轴的一阶固有频率
呈明显下降趋势#
图D!加质量前主轴
据图:变化曲线可
一阶固有频率曲线图
知"随着主轴前端集中质
量的增加"主轴前端静
图A!主轴静刚度对后轴承改变的变化曲线
变形呈线性增大的变化
$3&主轴跨距对主轴静刚度的影响!由于一般结构
趋势显然静特性变差
的要求主轴跨距D和主轴头悬伸量<的比值为D!IH3"(
另外低阶固有频率呈
’;I="而#C7A-3=的跨距DH<3:I=GG"主轴头悬伸"
现较快的下降趋势变
量<HD<GG比值为D!IH<I==#现取前支承位置不变""
化曲线如图所示设
只改变后支承位置来改变主轴跨距"主轴跨距取DH->#
计中应当在结构允许的
;3:I=’<A:I=GG"使主轴跨距在用.57L7软件分析计
图->!加质量后主轴
算时"既有增加跨距数值’也有减小跨距数值"数据如情况下适当减小主轴前
一阶固有频率曲线图
端的附加集中质量以增
图B所示#
加主轴静刚度#

("结语
$-&后轴承刚度的变化对主轴静刚度的影响不大"
而随着前轴承的刚度加大主轴静刚度则明显增加#

$3&在取值范围内主轴跨距越大主轴静刚度越小"
在设计中在结构允许的情况下适当减小主轴的跨距和主

轴长度可以增加主轴静刚度#
图主