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文章编号 :1001-2265(2010 09-0020-03收稿日期 :2010-03-05; 修回日期 :2010-04-133基金项目 :浙江省自然科学基金 (X106874作者简介 :巫少龙 (1970— , 男 , 浙江衢州人 , 衢州职业技术学院副教授 , 博士 , 主要研究方向为机械制造及自动化、机械优化设计 , (E -mail wushaol ong@qzc . cn 。
基于 ANSYSWorkbench 的高速电主轴动力学特性分析3巫少龙 1, 张元祥2(1. 衢州职业技术学院 , 浙江衢州 324000; 2. 浙江工业大学 , 杭州 314000摘要 :论文阐述了影响高速电主轴抗振能力的固有特性、动力响应和动力稳定性动力学特性。
以高速、大功率的铣削加工中心电主轴为研究对象 , 采用ANSYS Workbench 有限元软件对电主轴进行模态分析 , 研究电主轴的振型、固有频率和临界转速 , 获得电主轴各阶频率和振型 , 指出主轴远离抗振性的频率要求以及前支承的刚度和阻尼对主轴系统的振动的影响。
通过模态分析为进一步的动力学分析提供必要的依据。
关键词 :电主轴 ; 动力学分析 ; ANSYS Workbench 中图分类号 :TH16; TG65文献标识码 :ABa sed on ANS Y S W orkbench H i gh Speed Electr i c ity Sp i n dle D ynam i cs Character isti c Ana lysisWU Shao 2l ong 1, Z HANG Yuan 2xiang2(1. Quzhou College of Technol ogy Quzhou, Quzhou Zhejiang 2. ofTechnol ogy, Hangzhou 314000, ChinaAbstract:This paper describes the i m of of dyna m ic re 2s ponse of the inherent high 2s peed high 2power m illing s p indle ele ment s oft w are ANSYSWorkbench s p indle modal a 2nalysis natural frequency and critical s peed access t o electricity and the natural fre 2quencies and vibrati on s p indle type . Pointed out that the s p indle a way fr om the anti 2vibrati on frequency of requests and the f or mer bearing stiffness and da mp ing of the s p indle syste m vibrati on . Thr ough the modal a 2nalysis for further p r ovide the necessary basis for dyna m ic analysis . Key words:electricity s p indle; kinetic analysis; ANSYS workbench0引言高速电主轴是高速机床的核心部件 , 它将机床主轴与变频电机轴合二为一 , 即将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件内部 , 也被称为内装式电主轴 , 其间不再使用皮带或齿轮传动副 , 从而实现机床主轴系统的“ 零传动” [1]。
（强烈推荐）机床主轴设计及ansys分析毕业论文设计机床主轴设计及ansys分析毕业论文目录第一章绪论 (1)1.1 选题背景 (1)1.2 本课题的目的和意义 (1)1.3 国内外研究状况 (1)1.3.1 数控机床的发展 (1)1.3.2 工程图及CAD的发展 (2)1.3.3 国内外机床动静态特性研究现状 (3)1.4 课题的研究方法 (4)1.5 研究内容 (5)1.5.1 数控车床主轴结构设计 (5)1.5.2 车床主轴组件的三维建模 (5)1.5.3 主轴的ANSYS分析 (5)1.6 设计前提 (6)1.6.1 设计要求 (6)1.6.2 设计参数 (6)第二章对主轴组件的要求 (7)2.1 基本要求 (7)2.2 特殊要求 (7)2.2.1 旋转精度 (7)2.2.2 静刚度 (7)2.2.3 抗振性 (8)2.2.4 升温和热变形 (8)2.2.5 耐磨性 (8)2.2.6 材料和热处理 (8)2.2.7 主轴的结构 (9)第三章主轴轴承的选择 (10)3.1 轴承的选型 (10)3.2 轴承精度 (12)3.3 轴承间隙调整和欲紧 (12)3.4 本设计的轴承型号以及布局 (12)第四章传动系统的设计 (14)4.1 电动机的选择 (14)4.1.1 电动机容量的选择 (14)4.1.2 电动机转速的选择 (14)4.2 传动系统的设计 (15)4.2.1 选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数 (15) 4.2.2 按照齿面接触强度设计 (15)4.2.3 按照齿根弯曲强度设计 (17)4.2.4 几何尺寸计算 (18)4.2.5 验算 (19)第五章主轴主要参数的计算及校核 (20)5.1 主轴的结构设计 (20)5.2 主轴的主要参数的计算 (20)(20)5.2.1 前轴颈直径D15.2.2 主轴内径d (21)5.2.3 主轴悬伸量a确定 (21)5.2.4 主轴支承跨距的确定 (22)5.3 主轴材料及热处理 (24)5.4 主轴设计方案 (25)5.5 轴的刚度计算 (26)5.5.1 轴的弯曲变形计算 (26)5.5.2 轴的扭转变形计算 (27)第六章主轴箱体 (29)第七章 Solid Works三维实体设计装配 (30)第八章主轴部件的ANSYS应力分析 (34)8.1 主轴静力分析概述 (34)8.2 主轴ANSYS分析的一般过程 (34)8.3 主轴的受力分析 (35)8.4 主轴ANSYS分析的具体过程 (37)8.2.1 ANSYS分析的前处理 (37)8.2.2 ANSYS分析的后处理 (40)第九章展望与结论 (45)致谢语 (46)参考文献 (47)附录1 三维装配图 (48)附录2 X-Y截面剖切图 (49)数控车床主轴关键零部件的设计与应力分析[摘要] 本文首先介绍了数控机床和工程图及CAD的发展，分析了国内外机床动静态特性研究现状，之后以数控车床的主轴及其零部件的设计为主要内容，先讲述了数控机床的主轴部件的设计要求，合理选择轴承型号，设计出主轴的前轴颈直径D，主轴内径d,前端的1悬伸量a和主轴支承跨距L等，从而设计出主轴，之后选择具体的轴承，设计出轴承端盖和主轴箱体，提出了主轴的材料、热处理和技术要求等。
摘要高速电主轴作为高速数控机床的核心部件，是将高频电机的转子热压在机床主轴上，输出端直接与刀具或工件连接在一起的一种“零传动”机构。
因此，它不仅具有电机多变量、非线性、强耦合的电磁特性，而且具有高速机床主轴转矩响应快、转矩平稳、抗扰动性能高的特点。
当高速电主轴处在不同的控制方式下时，主轴转矩的动态输出性能不仅直接影响主轴加工工件的几何形状和表面粗糙度，更是高速加工时系统振动、噪声以及温升的源泉，是高速数控机床整体性能的直接体现，同时也是高速数控机床设计、制造及控制共同关心的一个重要指标。
本文以数控机床高速电主轴为研究对象，建立了电主轴系统三维有限元模型，采用弹性支承模拟了轴承的支承，利用新一代的有限元分析软件ANSYS Workbench 对数控机床高速电主轴进行了静力学分析和模态分析。
分析结果表明: 数控机床高速电主轴的静刚度能够满足要求; 数控机床高速电主轴的最高工作转速远远低于其一阶临界转速，能有效避免共振的发生。
从而验证了该数控机床高速电主轴设计的合理性，也为数控机床高速电主轴的优化设计以及力热耦合特性分析奠定了基础。
关键词：数控机床，高速电主轴，ANSYS Workbench，动态性能，静态性能AbstractHigh-speed motorized spindle, as the core component of high-speed CNC machine tool, is a kind of "zero drive" mechanism that hot-presses the rotor of high-frequency motor on the spindle of machine tool and directly connects the output end with the cutter or workpiece. Therefore, it not only has the electromagnetic characteristics of multi-variable, nonlinear, strong coupling of the motor, but also has the characteristics of high-speed machine spindle torque response, torque stability, high anti-disturbance performance. When high speed motorized spindle are under different control modes, the dynamic output shaft torque performance not only directly affect the spindle machining geometrical shape and surface roughness of workpiece, but also the high speed machining system is the source of vibration, noise and temperature rise, high speed nc machine tools is the direct embodiment of the overall performance, and high speed CNC machine tool design, manufacturing and control an important index of common concern.This paper takes the high-speed motorized spindle of CNC machine tool as the research object, establishes the three-dimensional finite element model of the motorized spindle system, simulates the bearing support with elastic support, and conducts static analysis and modal analysis on the high-speed motorized spindle of CNC machine tool with the new-generation finite element analysis software ANSYS Workbench. The results show that the static stiffness of high-speed motorized spindle can meet the requirements. The maximum working speed of high-speed motorized spindle of CNC machine tool is far lower than the first critical speed, which can effectively avoid resonance. Thus, the rationality of the design of high-speed motorized spindle for CNC machine tool is verified, and the foundation is laid for the optimization design of high-speed motorized spindle for CNC machine tool and the analysis of the coupling characteristics of force and heat.Keywords:CNC machine tool, High-speed motorized spindle, ANSYS Workbench, Dynamic performance, Static performance目录1 绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究意义 (2)1.3 研究现状 (3)1.3.1 高速电主轴的热性能研究 (3)1.3.2 高速电主轴的应用现状 (4)1.3.3 高速电主轴的静动态性能研究 (4)2 电主轴主要结构及其有限元模型的建立 (5)1.1 电主轴主要结构及主轴主要参数 (5)1.2 电主轴有限元模型的建立 (6)3 电主轴静力学分析 (8)3.1 典型受力条件下的主轴受力计算 (8)3.1.1 高速铣削加工时作用在数控机床高速电主轴上的平均圆周切削力Fcav∑ (8)3.1.2 作用于主轴的径向力Fr (9)3.2 电主轴单元静力分析(加载、约束与求解) (9)4 电主轴模态分析 (10)5 结论和展望 (12)5.1 结论 (12)5.2 展望 (12)参考文献 (13)1 绪论数控机床高速电主轴作为现代高速加工技术的核心部件之一，广泛应用于各种数控加工中心和高性能的机床主轴上，具有多变量、非线性、强耦合的特点，其内部的电磁转换与主轴动态输出性能之间存在着非常复杂的相互依存关系。
3.2提高企业竞争力随着工业发展的转型升级，其机械化水平在飞速提高。
机械设备朝着大型化、信息化的方向发展。
在高科技、高尖端器械出现的同时，对其进行维修的技术含量也在不断提高，这也体现了维修的重要性，给维修企业带来广阔的发展前景。
提高维修技术、优化维修服务对汽车维修企业的生存发展十分重要。
在经济全球化的大趋势下，企业不仅要面对国内同行的激烈竞争，还要面对国际市场的挑战，企业想要更好的生存和发展，提高竞争力十分必要。
在重视“绿色”发展的当下，政府对“绿色产业”的重视程度不断提高，出台相关的保护政策，更好的推进“绿色产业”的发展。
“绿色企业”是这个时代企业发展的主流，只有在汽车维修企业中推广“绿色维修”才能抢占市场先机，获得更好的发展机会。
环境污染程度大、资源利用率低的汽车维修企业，其发展的局限性显而易见。
汽车维修企业推广“绿色维修”，需要选择先进的科学的维修技术和新型环保材料，实现企业经济效益的同时，实现社会效益和环境效益。
只有这样的维修企业，才能在社会发展过程中，成为汽车维修行业的最大获益者，激烈竞争下的生存者。
传统的汽车维修企业必将遭到淘汰。
在汽车维修企业中推行“绿色维修”，无论是对企业自身、行业发展，乃至社会国家的发展，都有不可估量的价值。
4结束语“绿色维修”可以对经济效益的增长和环境效益的增加起到双管齐下的作用。
最大程度地减少资源和能源的使用量，降本增效，为生态环境的保护贡献自己的力量。
无论从经济发展的视角，还是从环境保护和社会发展的角度分析，“绿色维修”都是符合五大发展理念。
“绿色维修”使多方面的综合性的体系模式，推行“绿色维修”也是有利于可持续发展，“绿色维修”在汽车维修企业的不断推广，是实现维修行业可持续发展的重要手段。
参考文献［1］周红，李辉，张云杰.“绿色维修”及其在维修企业中推行的价值［J］.价值工程，2002（6）：36-38.［2］程会强，吴玉锋.绿色维修战略与循环经济［J］.再生资源与循环经济，2009，2（7）：27-30.［3］陈宇晓.绿色维修的实施策略［J］.设备管理与维修，2003（10）：9.〔编辑李波〕基于ANSYS Workbench的高速电主轴静动态性能仿真分析及优化丘立庆(南宁职业技术学院,广西南宁530008)摘要：采用有限元分析软件ANSYS Workbench18.0建立电主轴三维有限元模型,进行静态力学分析和模态分析。
基于ANSYS_WORKBENCH的机床动态性能分析及改进机床的动态性能对于机床的稳定性、精度和效率具有重要影响。
通过对机床进行动态性能分析和改进，可以提高机床的加工效率和精度，降低故障率，提升生产效率。
本文将基于ANSYS_WORKBENCH对机床进行动态性能分析，并提出改进方案。
首先，通过ANSYS_WORKBENCH对机床进行动态性能分析。
ANSYS_WORKBENCH是一款用于工程仿真的软件，具有强大的建模和分析能力，可以对机床进行应力、振动和变形等方面的分析。
通过建立机床的有限元模型，可以模拟机床在加工过程中的振动情况，分析机床的固有频率、模态振型等动态性能指标，评估机床在运行过程中的稳定性。
在动态性能分析的基础上，针对机床存在的问题进行改进。
根据动态性能分析的结果，可以确定机床存在的振动源、刚度不足、动态刚性不够等问题，进而提出相应的改进方案。
对于振动源较为明显的问题，可以通过加装减振装置、增加机床刚度等方式进行改进；对于刚度不足的问题，可以通过调整机床结构、更换材料等方式增加机床的刚度；对于动态刚性不够的问题，可以通过控制系统的调整和优化来改进。
在改进方案实施后，再次通过ANSYS_WORKBENCH对机床进行动态性能分析，验证改进效果。
通过对改进后的机床进行振动、应力、变形等方面的分析，评估改进方案的有效性。
如果改进方案有效，可以进一步提出优化建议，加强机床的设计和制造过程控制。
最后，通过对机床的动态性能分析及改进，可以提高机床的加工效率和精度。
精确掌握机床的动态性能指标，可以及时发现和解决机床存在的问题，降低故障率，提升机床的稳定性和可靠性。
通过对机床的改进，可以进一步提高机床的刚性和动态刚性，降低机床的振动和变形，提高加工精度和表面质量。
综上所述，基于ANSYS_WORKBENCH的机床动态性能分析及改进可以有效提高机床的加工效率和精度，降低机床故障率，提升生产效率。
对于机床制造企业来说，重视机床的动态性能分析和改进工作，不仅可以提高产品竞争力，还可以满足市场对精密加工的需求，推动企业的可持续发展。
