基于NewSpilad的高速电主轴静动态特性分析与研究

文章通过NewSpilad软件对电主轴进行静态和模态分析,探究轴承预紧力和主轴悬伸量对主轴刚度及固有频率影响。结果表明：调整轴承的预紧力对主轴径向刚度影响很小,变化量在20%以下;轴向刚度影响较大,变化量在50%以上;对主轴的固有频率影响较小,最大变化量为24%;增加悬伸量对主轴轴向刚度影响较小,变化量在5%以下;对径向刚度影响较大,变化量在13%左右;一阶固有频率有提升趋势。并通过主轴静动态特性测试试验验证,对比发现有限元分析结果与实际测试结果误差在10%以下。该研究结果为主轴静动态特性分析提供理论基础,进一步提升了主轴设计开发能力。     

轴承预紧力和跨距对主轴动态特性的影响

基于ABAQUS采用有限元分析法分析了主轴动态特性,主要研究了轴承预紧力和支撑跨距对主轴动态特性的影响,在同时考虑轴向预紧和主轴自重对轴承刚度的影响的情况下,计算得到不同预紧力和过盈配合下组配轴承的径向刚度,拟合了固有频率随轴承预紧力和支撑跨距变化的经验公式。结果表明:轴承预紧力相比过盈量对组配轴承刚度的影响更为明显。主轴系统的固有频率随轴承预紧力的增加而增大,相同的刚度下,轴承支承跨距的增加系统固有频率随之增大。     

陶瓷球轴承接触角和预紧力对高速磨削电主轴静刚度的影响

陶瓷球轴承作为电主轴的核心部件,其结构参数对电主轴的静刚度有着重要的影响。基于角接触球轴承径向刚度计算公式,通过仿真分析研究了接触角和预紧力对电主轴静刚度的影响。通过建立的主轴-轴承系统三维有限元模型,仿真获得了不同接触角和预紧力下主轴前端径向变形及主轴静刚度,进而根据有限元仿真结果拟合得到了主轴静刚度关于接触角和预紧力的拟合方程及拟合曲线。     

关于轴承预紧力对轴系性能影响的仿真分析

高性能电主轴包括电机驱动与控制系统、主轴轴承系统、润滑与冷却系统、轴承预紧系统等多种重要部件,其中轴承预紧力技术是电主轴的关键技术之一.论文对不同预紧力下的主轴轴承刚度进行了理论计算,并对不同轴承预紧力下的主轴轴承系统进行了模态和谐响应分析.结果表明;随着轴承预紧力的增加,轴承刚度逐渐增大,轴系固有频率逐渐增大,主轴前端和后端径向响应位移逐渐减小,主轴中间径向响应位移则逐渐增大.     

紧凑型高速电主轴拉刀机构静动态特性分析与优化

介绍了紧凑型高速电主轴的结构设计,建立了主轴-拉刀机构双转子系统模型,研究了电主轴拉刀机构的静动态特性,得到了工作状态下电主轴的静态位移、振型、固有频率以及关键点的响应位移。对主轴-拉刀材料、轴承预紧力、轴承组跨距、主轴-拉刀接触刚度以及主轴-刀柄接触刚度等参数进行优化设计。结果表明优化后电主轴的静动刚度均满足要求、固有频率提高、电主轴安全工作频率区间增大。电主轴模态测试结果证明了以上结果的可靠性。该研究为紧凑型高速电主轴的设计提供了理论基础。     

高速电主轴静刚度仿真与实验研究

主轴静刚度是评价电主轴静态特性的一项重要指标,对保证精密数控机床的加工精度至关重要。基于典型工况下切削力和角接触球轴承径向刚度计算公式,通过建立的主轴-轴承系统三维有限元模型,仿真获得了在指定工况下电主轴前端轴向变形量及主轴静刚度。在搭建的实验平台上对电主轴进行了静刚度实验。通过对比仿真结果和实验结果,间接验证了该有限元模型的有效性。基于可靠的有限元模型,进一步仿真获得了电主轴静刚度随前后端轴承预紧力的变化情况。     

高速电主轴支承刚度计算及模态分析

以某型号数控磨床用高速电主轴为研究对象,基于滚动轴承静力学推导了高速电主轴常用支承—角接触球轴承计及预紧接触角变化的径向刚度和多联组配轴向刚度计算公式,结果显示该计算公式比现有文献中相关计算更准确,讨论了轴向预紧力对支承刚度的影响规律。在得到支承刚度的基础上,在ANSYS中采用弹簧单元COMBIN14模拟主轴轴承支承,基于ANSYS对主轴部件进行了不同轴向预紧力和不同转速下的模态分析,讨论了转速和轴向预紧力对电主轴模态的影响。     

高速电主轴模态特性分析

高速电主轴作为高速机床的核心部件,其性能直接影响着机床的加工精度。为了研究高速电主轴的模态特性,建立了一种高速电主轴有限元模型。该模型考虑了轴向预紧力、振型形状、离心力和回转力矩对固有频率的影响,同时也考虑了转子分布质量、非线性轴承刚度和主轴旋转运动等因素的影响。利用有限元模型,对某高速电主轴的模态特性进行了分析,由实验结果证明了仿真分析结果的有效性。     

高速电主轴的刚度问题

分析了影响电主轴静态运行刚度的最重要的因素,并借助于有限元法计算了主轴的轴承结构、轴承型式、轴承预紧和轴承的发热以及主轴端的温度场等对电主轴运行刚度的影响。     

铣磨机主轴的有限元分析

利用ANSYS软件建立铣磨机主轴的三维实体仿真模型,采用COMBIN14单元模拟铣磨机主轴轴承的弹性支撑,进行相应的静动态特性分析,求解了主轴系统模态分析前6阶固有频率和振型,并计算出主轴的临界转速,得到谐响应分析中主轴在一定激振力下在不同位置处随频率变化的响应曲线,最后分析研究了轴承预紧力对主轴刚度的影响规律。结果表明所研究的铣磨机高速砂轮主轴能够满足设计要求。     

高速主轴轴承预紧力技术研究

高性能电主轴单元集合了精密主轴轴承技术、高速电机驱动与控制技术、油气润滑与冷却技术、高速主轴轴承预紧等相关技术,其中高速主轴轴承预紧技术是实现高性能电主轴的关键技术之一.论文着重阐述了高速主轴轴承预紧力研究的目的和意义、轴承预紧力的研究现状以及本实验室对轴承施加预紧力的研究.     

数控铣床主轴部件动态特性分析

以某数控铣床主轴为研究对象,建立了轴和角接触轴承的等效动力学模型,研究了轴承等效刚度和预紧力参数对主轴系统固有频率影响规律,通过模态分析确定主轴部件的固有频率和振型,验证数控铣床主轴部件结构设计的合理性.     

基于ROMAX的主轴配置型式对轴系性能的影响规律研究

主轴轴承配置型式直接影响主轴的动静刚度、寿命等性能。为了研究轴承配置方式及轴承预紧力等参数对主轴性能的影响,利用ROMAX主轴仿真软件对不同轴系进行建模分析,从轴承配置形式、隔圈使用情况、轴承跨距以及轴承预紧等方面入手,研究不同配置型式下的主轴静动态刚度及寿命等的变化规律。结果表明,不同轴承组配形式对轴系性能有着较大影响,通过分析可得到最优配置;增加轴承预紧量能显著提高轴系刚度,但寿命会大幅降低;通过合理调整隔圈、改变主轴悬伸及轴承跨距,可对轴系性能进行优化。     

高速电主轴运行状态下模态识别及高速效应分析

为了研究电主轴在高速运转状态下的模态及不同转速对主轴固有频率的影响,首先应用有限元法进行电主轴的建模和分析,然后采用环境激励方法对某电主轴进行模态分析。通过实验数据比较,发现随着转速升高,离心力效应和轴承软化效应的综合作用降低了轴承径向支撑刚度,引起前三阶固有频率呈下降趋势,其对高阶固有频率的影响与转速有关。可见以主轴转速所引起的振动作为激振力的环境激励法,能够排除环境及虚模态等复杂干扰,从而准确地对高速运转状态下的主轴系统进行模态参数识别。     

高速电主轴的模态分析

通过对电主轴进行较精确的三维动态有限元建模,经ANSYS分析计算,获得了电主轴的模态特性.研究了电主轴的固有频率、振型和临界转速,分析了轴承预紧力对电主轴二阶固有频率的影响,为高速电主轴结构的合理设计和轴承最佳顸紧力的确定提供了必要的理论基础.     

高速电主轴结构的改进

对高速电主轴轴承的配置和预紧方式的选择进行了分析研究,并建立了高速电主轴轴承-主轴系统的参数化有限元模型,运用ANSYS有限元分析软件的优化设计功能,以提高主轴刚度为目标,通过指定参数作为设计变量、状态变量和目标函数来建立分析程序,并以设计变量为自变量,不断改变其数值,迭代计算直至目标函数值达到最小,迭代过程中,状态变量用于控制自变量取值。结果表明:主轴支承跨距优化后,刚度和一阶固有频率得到了一定程度的提高,从而为电主轴结构的改进提供了理论基础。     

GDH512电主轴振动特性分析

以GDH512主轴为研究对象,建立了轴和角接触轴承的等效动力学模型。研究了轴承等效刚度和预紧力参数之间的关系及对主轴系统固有频率影响规律,通过模态分析确定主轴部件的固有频率和振型,并对模型进行谐响应分析,最后用试验验证有限元模型。     

基于有限元法的电主轴轴承跨距优化设计

以铣削加工中心电主轴为研究对象,利用有限元法对轴承-转子系统进行了参数化建模。以提高主轴的静刚度和一阶固有频率为目标,在保证主轴径向圆跳动的前提下,对支撑主轴的跨距进行了优化设计。以优化设计后的最优支撑跨距对主轴进行了模态分析,利用模态分析后的主轴一阶固有频率对优化设计的结果进行了校核。结果表明,对支撑主轴的轴承跨距进行优化设计后,主轴一阶固有频率和静刚度都有一定程度上的提高。.     

多因素影响下高速电主轴系统动态特性分析

以某大功率高速铣削加工中心电主轴系统为研究对象,采用有限元法,综合考虑高速状态下主轴系统阻尼比、陀螺力矩效应和轴承刚度软化3种因素,建立了高速电主轴系统的动力学方程。得到了主轴系统由转速引起的陀螺力矩效应,轴承刚度变化两种因素影响下的前6阶固有频率,并进一步得到了上述3种因素影响下的刀尖处频率响应。结果表明在高速状态下,轴承刚度的软化对固有频率的影响大于陀螺力矩效应;而主轴系统的结构阻尼比会减弱轴承刚度软化对刀尖处频率响应的影响。     

高精度金刚石工具磨床主轴结构设计及有限元分析

对高精度金刚石工具磨床主轴系统进行了结构设计,分析了轴承预紧力对主轴温升和刚度的影响。分析结果表明轴承预紧力对主轴支承刚度有显著影响。在考虑轴承径向刚度和轴向刚度的基础上,研究并建立了主轴的有限元模型。利用有限元软件ANSYS对主轴单元进行了动静态特性分析,结果表明所设计的主轴系统能够满足金刚石刀具刃磨要求。