基于ANSYS的概率设计的高速电主轴抗共振的可靠性分析.pdf

机械设计与制造第7期
ll2MachineryDesign&Manutacture2010年7月

文章编号：1001—3997(2010)07—0112-03
基于ANSYS的概率设计的高速电主轴抗共振的
可靠性分析

张爱华任工昌
(陕西科技大学机电工程学院，西安712001)
high——speedmotorizedspindlereliabilityanalysisofanti-resonancebasedonthe
probabilityofthedesignofANSYS

ZHANGAi—hua，RENGong—chang
(ShaanxiUniversityofScience&Technolo~，Xi’aI1712001，China)

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：【摘要】运用ANSYS软件中参数化设计语言与蒙特卡罗法相结合的随机有限元法研究高速电主：
÷轴抗共振的可靠性，以转子一轴承系统为对象，选择多种设计参数为随机变量，在设定的统计分布情况下÷
；进行电主轴避免共振的可靠性分析，通过ANSYS的PDS模块的结果显示计算出了高速电主轴抗共振的；
：可靠度。：
÷关键词：可靠性分析；高速电主轴；抗共振；蒙特卡罗法÷
【Abstract】WiththePDSofANSYSprocedurewiththeMonteCarloMethodAppliedtothestochas一
：ticfiniteelementmethodstudyofhigh-speedmotorizedspindlereliabilityofanti—resonance．Forspindle-：
÷bearings~tem，selectavarietyofdesignparametersasrandomvariables，andsetstatisticaldistribution÷
?analysiedthereliabilityofspindletoavoidtheresonanceanalysis．FromtheANSYSPDSprocedureresults
：calculatedanti—resonancereliabilit)ofthehigh-speedmotoriedspindle．：
÷Keywords：Reliabilityanalysis；High—speedmotorizedspindle；Anti—resonance；Monto-carlo÷
：：
?method?
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中图分类号：TH16，TP391．72文献标识码：A
1引言量及弹簧刚度具行随机性，昕以固有频率也
具有统计分布的特，假定其服从正态分布，v(，)。激
国产数控机床的加工精度、加工速度等已荩木能满足吲内大
振频率取决于电机的旋转频率，它也具有随机性，假定其服从正
多数机床用户的需求，然而目前田产机床的可靠性水平(MTBF=
念分布：09～，v(‰，S)。
500～600h)却远远低于国外同类产品的可靠性水平(MFBF=800～
令：Z=f7w山统计学知识可知Z也是服从正态分布的随机
lO00h)，用户在使用过程中，故障频繁，成为r阻碍其市场占有率
变量，其概率密度函数为：
的主导因素，国产数控机床的可靠忡问题已经越来越引起数控机
床厂家的重视。数控机床最关键的部什就是主轴，所以如果能够尸(。)：—f】
s=、／2竹
将数控机床的主轴的可靠性提高，这将势必增加围产机床的竞争
式中：的均值；
力。数控机床正在向高速方向发展，所以对主轴提出了更高的要
—z的标准差：
求。高速主轴单元是高速切削机床最要的部什，也是文现高速
I№=一
和超高速加工的最关键技术之⋯。
1I
高速电主轴的转子在高速旋转时，特刖足在转速接近轴系临％=ES／+S／]z
界转速时，主轴系统将产生剧烈的振动，进而町能导致系统l兀法3Monto—carlo模拟技术
正常工作。主轴系统横向振动以及抗变形能力列加工质晕影响很慨率有限兀分析【f1最常川的Monto～carlo方法，它能清楚地
大，抗变形能力弱，易出现让刀现象，加上12件的尺寸偏差和形位模拟实际问题的真实行为特征。住ANSYS中，Monto—Carlo模拟
偏差增大，生产效率降低，大的振动会在工件表面