机床主轴有限元分析报告

轴模型有限元分析1101040431 车辆11-2 徐贞宇1、摘要本报告典型介绍了如何利用有限元分析工具workbench模拟部件受外力时变形及应力的详细过程，通过有限元分析可获得各种参数进而指导实践中设计的优化。

通过本文，我们对有限元法在现代工程结构设计中的作用、使用方法有个初步的认识。

2、背景意义该论文所分析的轴是固定轴承时所用的轴，这是一种常见的结构。

它的作用主要有两个：第一，约束轴承位置，保证轴承工作的稳定；第二，轴通过键与轴承链接来传递动力。

因此，无论从哪个方面来说，保证轴的稳定和受力平衡至关重，否则它就容易损坏。

为此，我们需要对该轴进行有限元分析，以此来确定轴的受力情况，从而进行合理的设计。

该轴的受力比较简单，主要是轴承通过键施加给轴力。

其结构如下：3、零件建模通过workbench的建模功能可以根据条件建模如图所示：4、零件参数及载荷4.1参数零件材料的各种参数如下：TABLE 21Structural Steel > Isotropic ElasticityTemperatureCYoung'sModulusPaPoisson'sRatioBulk ModulusPaShearModulus Pa 2.e+011 0.3 1.6667e+011 7.6923e+0104.2负荷零件材料的负荷为：只考虑作用到键侧面的力，左边键载荷6000N,右边键上载荷3000N。

在软件中的定义为：LoadsObject Name CylindricalSupportCylindricalSupport 3Force Force 2FixedSupportState Fully DefinedScopeScopingMethodGeometry Selection Geometry 1 FaceDefinitionType Cylindrical Support ForceFixed SupportRadial FixedAxial FreeTangential FreeSuppressed NoDefine By VectorMagnitude -6000. N(ramped)-3000. N(ramped)Direction Defined5、有限元分析5.1划分网格定义材料属性，进行网格划分。

广西工学院毕业设计（论文）任务书设计题目：CJK6132数控机床设计——总体方案设计及主轴的有限元分析系别：机械工程系专业班级：姓名：学号：指导教师：二O一五年三月十五日一、毕业设计（论文）的内容1、完成CJK6132数控车床总体设计方案，完成外观及尺寸联系图。

2、进行主要技术参数的确定，完成主轴及主轴组件的设计，绘制主轴零件图。

3、完成主轴的力学分析，建立主轴的力学模型，确定主轴的典型工况。

4、完成主轴的静态分析并。

5、完成主轴的动态分析。

6、完成主轴的模态分析。

7、试验方案的拟定。

二、毕业设计（论文）的要求与数据2、要求。

（1）根据总体设计方案，绘制总体外观图及联系图，完成整机三维建模。

（2）确定设计方案完成开题报告。

（3）进行主运动系统的设计,绘制主传动系统装配（床头箱展开）及相应零部件图。

（4）图纸量不少于折合4张A0。

（5）科技译文（不少于3000汉字）。

（6）编写毕业设计说明书一套。

（7）根据课题内容进行实习，并完成实习报告一份。

三、毕业设计（论文）应完成的工作如上要求四、毕业设计（论文）进程安排五、参考资料及文献查询方向、范围1 罗学科，谢富春. 数控原理和数控机床.北京：化学工业出版社，20032 陈蔚芳，王洪涛. 机床数控技术及应用.北京：科学出版社，20053 文怀兴，夏田. 数控机床系统设计.北京：化学出版社，20054 林宋，田建君.现代数控机床.北京：化学出版社，20035 CNC Technology and Progranming; [美]Steve Krar & Arthur Gill6 Smith S, Tlusty J. Currrent Strends in High Speed Machining. Journal ofManufacture Science and Technology,ASME,1997,37(8):664～6677 《机床设计手册》编写组编。

轴的有限元分析范文有限元分析是一种数值计算方法，常用于虚拟设计与仿真领域，对于轴的有限元分析，主要用于研究轴的结构与性能，同时也包括轴的强度、刚度、稳定性等方面的分析。

轴是机械设备中的重要组成部分，承担传动力、转矩或负载。

在许多工程领域中，例如汽车、船舶、飞机、机械制造等，轴的设计与分析至关重要。

有限元分析可以为轴的设计提供大量的有关应力、应变、变形等信息，从而优化轴的设计，并确保其安全可靠的工作。

在进行轴的有限元分析时，首先需要将轴的几何模型离散化为有限数量的单元，如线单元或曲面单元。

然后，在每个单元中，根据轴材料的性质和受力情况，建立适当的有限元模型。

在建立有限元模型时，需要确定单元的类型、单元的尺寸、单元的材料特性、单元之间的连接关系等。

另外，轴的边界条件也需要在有限元模型中考虑。

例如，如果轴的两端有固定止动装置，则可以将这些固定点设为边界条件。

根据轴的应力分布情况，也可以在适当的位置施加力或约束。

这些边界条件对于准确模拟轴的实际工况非常重要。

有限元分析的核心是解方程组，根据有限元模型和边界条件，可以得到轴的应力、应变、变形等参数的数值解。

这些解可以帮助工程师了解轴的强度、刚度、稳定性等方面的问题，并进行必要的优化设计。

此外，有限元分析还可以考虑轴的材料非线性、温度效应、接触问题等。

轴的材料非线性可以通过引入材料本构模型来进行描述，温度效应可以通过考虑热应力和热变形来分析，接触问题可以通过考虑轴与其他部件之间的摩擦、干涉等来模拟。

总的来说，轴的有限元分析是一项复杂的工程计算工作，需要工程师在建立有限元模型、选择加载条件、设置边界条件等方面具备专业的知识和经验。

通过轴的有限元分析，可以为轴的设计与优化提供可靠的工程依据，提高轴的性能和可靠性。

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学位论文原创性声明
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涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日
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指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
作者签名：日期：
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一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格

【５】龚曙光．ＡＮＳＹＳ工程应用实例解析［Ｍ］．北京：机 械工业出版社，２００３．
（上接第２４５页） 为了解决旋转液压缸１３．１串油或单向阀９．１卡死时 引起的问题，增加了保压回路００２，保压回路００２由 小功率定量泵单独供油，且在保压回路中选用具有卸 荷功能的换向阀５，这样在泥炮打泥时保压回路为旋 转液压缸保压，即使旋转液压缸１３．１串油或单向阀 ９．１卡死，仍能使泥炮嘴紧压在泥套上，完成本次周 期，消除了安全隐患，保证了高炉的连续生产。在泥 炮打泥完成后，定量泵可以通过换向阀５直接卸荷， 减少了系统发热，提高了元件的使用寿命。（２）为 了解决液控单向阀卡死时带来的问题，在液控单向阀 前后各设１个常开球阀１．９和球阀１．１０，且在液控单 向阀的进、出油口之间并联常闭球阀，这样在液控单 向阀出现问题时，可以通过关闭球阀１．９和球阀 １．１０、打开球阀１．１１来使本次操作顺利完成，保证 了高炉的连续生产。 ３结论
限元分析［Ｊ］．力学与实践，２００７，２９（２）：５４—５６．
万方数据
【２】陈玉瑜，芮执元．用传递矩阵法分析机床主轴动态特 性［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２００７（３）：２３
—２５．
【３】王刚，郭茂林．航天航空滚动轴承刚度［Ｊ］．哈尔滨 工业大学学报，２００１。３３（５）：６４４—６４５．
【４】杨美英．数控机床主轴组件设计及刚度计算［Ｊ］．机 械．【程与自动化，２００４（２）：７１—７２．
对于主轴结构的静态和动态特性分析，目前常用 的方法主要有解析法和有限元法…。应用解析法分析 时，为了简化计算，需要进行较多的假设，计算精度 不高口１。应用有限元法计算时，现有方法存在以下不 足：（１）静态和动态分析采用相同的单元类型；（２） 不考虑轴承刚度对分析结果的影响。众所周知，采用 有限元法求解问题时，建模方法非常关键，模型的建 立是否合理对求解结果的影响很大。其一是针对特定 的求解对象，单元类型的选择是否合理。比如机床主 轴刚度分析宜采用梁单元进行求解，而模态分析宜采 用实体单元求解。其二是边界条件的考虑是否合理。 机床主轴通过轴承安装在机架上，而轴承是弹性体， 不能将其假设为刚体进行求解。

施加约束
施加载荷
机床主轴模态分析
求解固有频率和振型

结构的振动在ANSYS中表现为各阶振型的线性叠 加，其中低阶振型比高阶振型对结构的振动影响 大，故进行结构的振动特性分析时通常取1 ～5 阶即可。
机床主轴模态分析

一阶振型如图：
机床主轴模态分析
二阶振型
机床主轴模态分析
三 阶 阵 型
机床主轴模态分析
机床主轴有限元分析及优化设计
。
不机床主轴相连接的结构示意图
2D示意图 M1、M2处 为弹性支承 位置
主轴连接结构与二维图形
ANSYS三维建模
主轴外观图

Solid92单元材料 参数为：弹性模量 (N/m）2.06e11； 泊松比0.28；密度 7800。
单元类型选择和网格划分
机床的加工精度， 径向刚度主要受到主轴的 跨距材料物理性能结构尺 寸等因素的影响。 从图中可以看出径向力主 要造成主轴前端悬伸部分 的变形，可推断主轴前端 悬伸量是影响主轴静刚度 的主要因素。通过减少伸 出量来增加主轴系统的静 刚度。
一阶 优化前 优化后 二阶 三阶 四阶 1537.6 3034.85 五阶 1809、 2 3562.3
612.01 612.15 1537.2 1523.3 1523.9 3034.76

机床主轴优化设计
因此优化后的主轴在工作过程中更远离共振发生 的区域，更安全。
四阶振型
机床主轴模态分析
五阶振型
机床主轴模态分析

由上可知：上面图型可以看出，主轴在这五个 阶段，发生了弯曲变形。主轴以弯曲变形为主， 同时也发生轴向变形。弯曲是主轴的主要振动。 由于采用近似的线性模型(包括材料特性的线 性化和有限元模型的线形化)，因而在阶数越 低的情况下对主轴进行的理论分析值不实验测 得的值就越接近，而在高阶部分就误差越来越 大。

Ｅｑｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎｔ Ｍ ａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕｒ ｉ ｎｇ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． ４， ２ ０１ ３
基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ机床主轴有 限元分析
方 鹏， 李 健， 韦 辽
（ 广西工学 院机械工程系 ， 广西 柳州 ５ ４ ５ ０ ０ ６ ）
研究进展［ Ｊ ］ ． 机械设计与制造 ， ２ ０ ０ ９（ １ ０ ） ： ２ ５ ９ — ２ ６ ０ ．
分析 ， 得 到应 力 和应 变 分布情 况 。通过 对 主轴进 行设
京： 河海大学 ， ２ ０ ０ ７ ．
计， 得 出优化后的主轴 比优化前 的主轴体积更小 、 性 能更好 ，提高了机床 的工作性能 ，减轻 了主轴的 自
［ ４ ］ 周 大帅 ， 伍 良生 ， 李 俊． 机床 主轴 系统化热 态及 变形特 性
限元计算结果的分析 ， 得到应力和应 变分布情 况。通过设计 ， 提 高了机床 的工作性 能 ， 减轻 了主轴的 自重 ， 节省 了材料 ，
降低 了成 本 。

关键词 ： 机床 ； 主轴 ； Ａ ＮＳ ＹＳ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ； 有限元分析 中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ７ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ３） ０ ４ — ０ ０ ２ ８ — ０ ３
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ １ — １ １ 作者简介 ： 方 鹏（ １ ９ ８ ６ ＿ ， 男， 硕士研究生 ， 研究方 向： 机械设计 及理论 ； 李 健（ １ ９ ６ ５ 一） ， 男， 教授， 主要 从事数字化 设计与制造方 面的研 究 ； 韦 ｉ ￣ ． （ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 男， 硕士研究生 ， 研究方 向： 机械设计及理论。 ２ ８

。
，
，
。
有 限 元 法 的基 本 思 想 有 限元 法 是 在 差 分 法 和 变 分 法 基 础 上 发 展 起 来 的
一
主 轴 在 重 载 作 用 下 仍 然 具 有 足 够 的 刚性
置 了 静 压 托架
3 2
．
，
花 盘 的下 方 设
。
。
主 轴 箱结 构 简 图 如 图
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所示
种 数值 方 法 ”] 它 的 基 本 思 想 可 归 结 为 两 个 方 面
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式重 有 数控卧 型车床主轴的 限元分析
熊顺 源
( 江 汉 大 学 机 电与 建 工 学 院 武 汉
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摘 要： 电主轴的动态特性直接影响到机床的精度进而影响到零件的精度。利用MSC .Patran/
Nastran对某型电主轴进行有限元模态分析，获得了电主轴的固有频率和振型，为电主轴的响
应分析提供了重要的模态参数，同时也为结构的改进设计提供了理论依据。
关键词： 电主轴；有限元；模态分析；MSC .Patran/Nastran
图1 转子轴结构简图
由于其结构对称，形状简单，模态分析计算时 将其作为空间弹性梁处理，对电主轴的简化如下：
1）对支承位置作简化。将前后各两个角接触 球轴承的串联组配简化为前后各一个支承，支点 位置在两接触线与主轴轴线交点的中点处；
2）对轴承刚度作简化。简化后认为轴承只具 有径向刚度，不具有角刚度，即简化为径向压缩 的弹簧；
新疆大学, 2004. [2] 张云. 非接触式回转窑筒体偏摆测量仪的研制[J]. 陕西
建材, 2001(8): 51-52. [3] 新型干法水泥生产技术[M]. 北京: 中国建筑材料出版
社, 2005: 100-120. [4] 水泥制造工艺技术2007[M]. 北京: 中国建筑材料出版
社, 2007: 110-152. [5] 朱娜. 水泥回转窑生产过程计算机监控系统设计与研究
参考文献：
[1] X. Luo, K. Cheng, R. Ward. The effects of machining process variables and tooling characterisation on the surface generation. Advanced Manufacturing Technology, 2004, 25(3): 56-59.
机械系统运动微分方程为：
（1）

机床主轴有限元分析基于ansys的机床主轴有限元分析摘要：随着高速数控机床的不断发展，对数控机床主轴的性能要求也开始逐渐提高。

机床主轴的动静态性能直接影响加工系统的精度和稳定性，因此，在设计阶段必须对其机床主轴进行相矢的性能校核。

利用有限元分析软件ANSY对s某机床主轴进行相应的分析，对其性能进行研究。

矢键词：ANSY，S主轴，有限元分析。

研究内容52问题描述：机床主轴材料为45号钢，弹性模量为2.06 x10 5 N.mm2，泊松比为0.3,儿何参数如下图。

图1主轴不意图主轴静态特性的基本概念主轴的静态特性反映了主轴抵抗静态外载荷的能力，静力学分析实际上是为了得到机床主轴在一定静态载荷作用下所产生的变形量。

在实际生产条件下，机床的主要失效形式大部分是由于机床的刚度不足而引起。

所以主轴静刚度的计算就显得尤为重要。

所谓的主轴静刚度实际上就是主轴的刚度，是机床主轴一个非常重要的性能指标，它直接反映出主轴负担载荷与抵抗振动的能力。

如果主轴的静刚度不足，主轴在切削力的作用下，会产生较大的变形量，并可能引起振动。

这样不仅会降低机床的加工精度、增大加工工件表面的粗糖度；也会对轴承造成较大磨损，破坏主轴系统的稳定性。

因此，主轴的静刚度是衡量机床性能的重要指标。

主轴的弯曲刚度的定义可以理解为：使主轴前端产生单位径向变形时，变形方向上所需施加的力F,即：主轴的静刚度，分为轴向静刚度与径向静刚度，上面提到的弯曲刚度实际上就是径向静刚度。

通常情况下，轴向刚度没有弯曲刚度重要。

弯曲刚度是衡量主轴刚度的重要指标，通常用来代指主轴的刚度。

1・主轴有限元模型的建立及边界条件的处理为了真实、准确、有效地对主轴进行特性分析，需要对机床主轴进行相应的简化。

对主轴的简化应该遵循以下原则：(1) 忽略对分析结果影响不大的细小特征，如倒角、倒圆等；(2) 对模型中的锥度和曲率曲面进行直线化和平面化的处理；(3) 忽略对主轴静态特性影响不大的零部件结构。

《机械设计与制造》主轴部件三维实体模型的有限元分析法主轴是机床的重要部件之一，它的静、动态刚度一直是设计计算的重要内容，但传统的计算方法是把主轴简化为等截面的梁单元进行计算，显然是静不定问题，用这样的力学模型计算主轴的静、动态特性与实际情况有很大的差距。

目前主轴部件设计采用有限元法，可以满足设计过程要求，为主轴结构的优化设计提供依据。

1．主轴部件的结构简化图1是卧式加工中心主轴的结构简图，它是一个多阶梯空心的圆柱体，此结构必须经过一定简化后，方可进行有限元分析，本主轴部件在以下方面进行简化：(1)各处倒角简化成直角，忽略空刀槽；(2)润滑油孔、工艺孔、键槽、螺纹孔等均按实体处理；(3)主轴轴承简化成弹性元件；(4)主轴上齿轮、锁紧螺母、中间隔套、拉刀机构组件等零件简化成集中质量。

图1主轴部件1—铣刀；2—主轴；3—轴承组件；4—隔套；5—密封套；6—齿轮；7—锁紧螺母；8—拉刀机构组件2．单元类型的选择及结构剖分如图1所示主轴部件总长719ｍｍ，平均直径为160ｍｍ，其长径比值为1∶4.49，对于这类主轴部件，常采用三维实体等参元建立有限元分析模型。

在结构剖分过程中，遵循以下原则：(1)不连接处自然分割。

结构在几何形状，载荷分布等方面存在着不连接处，在离散化过程中，应把有限元模型的结点单元的分界线或分界面设置在这些不连续处。

(2)几何形状的近似。

结构离散化使结构原边界变成了单元边界的集合，因而就产生了结构几何形状的离散化误差。

减少几何形状离散化误差的措施：一是采用较小的单元，较密的网络；二是采用高次单元。

(3)单元形态的选择。

单元形状是指单元的形状状态，包括单元形状、边界中点的位置，细长比等。

在结构离散化过程中必须合理选择。

单元最大尺寸和最小尺寸之比称之为细长比。

为了保证有限元分析的精度，单元的细长比不能过大。

根据以上三项原则，可将主轴部件离散为78个实体单元，4个弹簧元素单元模型，如图2。

(ａ)主视图(ｂ)俯视图图2主轴部件三维实体模型图3．约束条件的建立合理确定有限元模型约束条件是成功地进行有限元分析的基本条件，约束条件的确定，应尽可能符合原结构的实际情况。

毕业设计说明书基于有限元方法对C6140机床主轴的分析学院：专业：班级：指导教师：学生姓名：2011．5．10I本科毕业论文摘要ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。

因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。

C6140机床是最常见的一款普通手动车削机床，该机床结构较为简单，操作方便，加工精度高，价格低廉，因此得到了广泛的使用。

目前很多C6140机床都做了适当的改进，使其适用性得到了更大的提高。

本设计是基于ANSYS软件来对C6140机床主轴经行分析。

与传统的计算相比，借助于计算机有限元分析方法能更加快捷和精确的得到结果。

设置正确的模型、划分合适的网格，并合理设置求解过程，能够准确的获得分析模型各个部位的应力、变形等结果。

对零件的设计和优化有很大的参考作用。

正是因为上述优点，我在本设计中运用PRO/E来建立C6140机床主轴的三维模型。

再将此模型导入ANSYS软件来对其经行分析。

关键词C6140；主轴；三维建模；ANSYS；动静态分析Qq 945846125IIIII本科毕业论文AbstractANSYS (finite element) package is a multi-purpose finite element method for computer design program that can be used to solve the structure, fluid, electricity, electromagnetic fields and collision problems. So it can be applied to the following industries: aerospace, automotive, biomedical, bridges, construction, electronics, heavy machinery, micro-electromechanical systems, sports equipment and so on.C6140 machine is the most common a regular manual turning machine, the machine structure is simple, convenient operation, high precision, low prices, it has been widely used. At present, many have made the appropriate C6140 machine improvements, it has been greatly enhanced applicability.The design is based on ANSYS software to C6140 by the line of spindle. Compared with the traditional calculation, computer-based finite element analysis method can be faster and more accurate results. Set the correct model, dividing the right grid, and set a reasonable solution process, analytical model can accurately access the various parts of the stress and deformation results. On the part of the design and optimization has great reference.It is because of these advantages, the use of this design in my PRO / E to create three-dimensional model C6140 spindle. Then this model was introduced by the ANSYS software to its line of analysis.Keywords C6140; spindle; three-dimensional modeling; ANSYS; dynamic and static analysisIVV本科毕业论文目录摘要...................................................................................................................I I Abstract.. (IV)目录 (VI)前言 (1)第一章分析方法和研究对象 (3)1.1 ANSYS简介 (3)1.1.1ANSYS的主要应用领域 (3)1.2研究对象 (5)1.2.1C6140车床简介 (7)1.2.2C6140车床主轴箱 (10)1.2.3C6140车床主轴 (13)第二章C6140机床主轴的模型建立 (15)2.1 主轴二维制图 (15)2.2 主轴三维建模 (16)2.2.1 PROE软件简介 (16)2.2.2 PROE建立主轴模型方法 (19)第三章C6140机床主轴的受力特点 (23)3.1 主轴组件的布局 (23)3.2 主轴组件的受力 (24)3.3 C6140机床主轴简化受力模型·····································错误！未定义书签。

spindle components is carried out by ANSYS Workbench software to prove the feasibility of the optimal spindle span.
Keywords: CNC machine tool; spindle; optimal span; finite element analysis
行研究，通过对二支承非卸荷式皮带轮传动主轴进行静力分析的基础上，建立了数学模型，利用卡丹公式对主轴最佳跨距
和静刚度进行求解；通过ANSYS Workbench 软件对主轴部件进行了有限元分析，证明主轴最佳跨距的可行性。
关键词：数控机床；主轴；最佳跨距；有限元分析
中图分类号:TH 122
文献标志码:粤
（4）
2.3 主 轴
最佳跨距
RQB
求解
RQA Q
图3 皮带压轴力作用下主轴受力与变形
在主 轴前端由 皮带轮压 轴力产生ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
的变形与切削力产生的变形方向相反。因此在主轴前端
由切削力和皮带轮压轴力共同产生变形yPQ为
yPQ=yP-yQ。
（5）
机床切削力P与皮带轮压轴力Q相关，令Q=酌P，主轴
刚度为KPQ，则有
形yP2+yP3组成：
3
2
2
蓘 蓸 蔀 蓸 蔀 蓸 蔀 蓡 yP=P a 3EI
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（1）
式中：P为主轴受切削力，N；a为主轴前端悬伸量，mm；L为
主轴两支承间的跨距，mm；I为主轴截面的平均惯性矩， mm4）；E 为 主 轴

主轴结构有限元分析如图所示轴，工作时所受扭矩为T，轴材料为45# 钢，图中长度单位为mm。

建立三维实体模型，采用静力分析其变形和应力状况。

（提示：两键槽传递扭矩；直径为C的圆柱面为轴承位）数据（长度单位mm，扭矩单位N.m）A B C D E TФ45 Ф37 Ф30 Ф28 26 180Ansys几何建模步骤一创建几何实体模型1.在Pro/Engineer5.0中构建模型并保存为IGS文件2.用ANSYS导入IGS文件。

步骤二定义单元类型Main Menu>Proprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete 弹出对话框中后，点“Add” 。

双弹出对话框，选“Solid”和brick“8 node 185”,点“OK”，退回到前一个对话框。

步骤二定义材料属性Main Menu>Proprocessor>Material Props>Material Models. 弹出对话框，双击Structural>Liner>Elastic>Isotropic。

输入弹性模量210000和泊松比0.3步骤三划分网格Main Menu>Proprocessor>Meshing>Size Cntrls>smart Size>Basic, 弹出对话框,选“2，并点OK.Main Menu>Proprocessor>Meshing>Mesh>volumes>Free, 弹出对话框，点“Pick All”。

所得结果如图步骤四施加约束Main Menu >Solution>Define Loads >Apply >Structural >Displacement >On areas,约束左边键槽的圆弧面轴承固定位置需要加载径向约束条件，放开轴向和转动约束条件，首选需要建立圆柱坐标系，然后将对应节点关联至该圆柱坐标Main Menu>Proprocessor>Modeling>move /modify>Rotate Node CS>To Active CS，选择轴承面上所有节点，随后正常约束UX即可。

提升机主轴的有限元模态分析和断轴的预防提升机主轴的有限元模态分析和断轴的预防1. 提升机主轴的有限元模态分析提升机的主轴作为重要的传动部件，在长期运行过程中，容易出现断轴等故障，对机器的正常运行产生不良影响。

因此，有限元模态分析技术可以有效地预防主轴的断轴问题。

有限元模态分析就是在材料的力学性质，结构形状和悬挂方式等因素的基础上，通过一种数值计算方法来确定机械系统在运行时的自然振动特征。

在进行有限元模态分析时，首先要建立一个准确的主轴数字模型，进行网格划分、材料属性和附加载荷的计算，然后进行模态分析，确定主轴的振动频率和模态形态，根据分析结果提出对主轴结构的优化设计方式。

因此，通过有限元模态分析来预测主轴的振动特征，可以更好地确定主轴的结构形式和参数，以提高机器运行的稳定性和可靠性。

2. 断轴的预防在使用提升机时，经常会出现主轴断轴的故障。

因此，预防主轴断轴是提升机运行过程中的重要问题。

预防主轴断轴的措施主要包括以下几个方面：（1）主轴的设计优化：在主轴的设计和制造过程中，应根据其承受的负荷、速度、角度等因素综合考虑材料的选择、轴的直径、结构形式和加工工艺等因素，并根据有限元分析的结果对主轴进行结构优化设计，以提高主轴的承载能力和抗振性能；（2）主轴的维护：主轴平时的维护保养是预防主轴断轴的有效手段。

应定期对主轴进行清洗、润滑、加油等，以确保主轴的表面光滑、没有创伤和磨损，使其运作更加平稳稳定；（3）安全装置的设置：在主轴的结构设计中加入安全装置，如过载保护、低流速预警，以避免主轴在超负荷和低流速情况下工作，减少主轴的受力，消除断轴风险。

总之，通过建立准确的主轴数字模型，使用有限元模拟分析技术来预测主轴的振动特征，并根据分析结果进行主轴的结构优化设计，可以提高机器运行的稳定性和可靠性，并通过主轴的维护和安全装置的设置等，有效预防主轴的断轴故障发生，提高提升机的安全性能和运行效率。

数据相关性分析和趋势分析数据相关性分析是指对两个或多个变量的关联度进行评估和分析，以确定它们之间的相关性。

计算功率, 单位 kW, nc 为主轴计算转速 r/m in。代入机 床电机功率 7. 5kW, 取效率 为 0. 9, T 1 = 9550P /nc = 9中, 主轴
平稳, 所以可以认为处 于平衡状 态, 因此 T 1 = T 2 = 1289( N m ) 方向如图 3所示。
有限元分析 可分成两 个阶段, 前处理 和后处 理。 前处理是建立有限元模型, 完成单元网格划分; 后处理 则是采集、分析结果, 使用户能简便提取信息, 了解计 算结果 [ 3] 。本文针对 CA 6140 机床主轴是台阶轴的特 点, 把主轴划分为十段, 采用 IDEA S8. 0进行几何建模, 应用 AN SYS5. 7软件, 采用机床主轴的简化受力模型, 向前、中、后三段添加约束, 按照 4面体单元对几何模 型进行单元划分。分析了在低速重载下机床主轴的变 形和应力。
hertz contact prob lem w ith friction[ J] F inite e lem en ts in ana-l ys is and design. [ 2] 王 勖成, 邵敏编 著, 有限单 元法 基本原 理及 应用 (第 二版 ) [ M ]. 北京: 水利电力出版社, 1999. [ 3] 叶 尚辉 建立有限元 模型的一般 方法 [ J], 电子机 械工程, 1999( 6): 17~ 21. [ 4] 吴 国华. 金属切削机床〔M ]. 北京: 机械工业出版社, 1999.
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3 机床主轴有限元分析的前置处理
机床主轴为两支承结构, 中间加辅助支撑以起到 提高刚度的作用。但是在低速重载运行时, 轴变形大, 所以辅助支撑起作用, 因此按三支撑加约束。
依据 1. 2节中图 3所提供力学简化模型添加约束 和作用力。因为力主要来自于前端, 且前端支撑采用了 卸荷装置, 支撑段长, 因此在前端添加 X, Y, Z 三向移动

近年来，我国数控机床的产量持续增长，数控化率也显著提高。另一方面我国数控产品的技术水平和质量也不断提高。目前我国一部分普及型数控机床的生产已经形成一定规模，产品技术性能指标较为成熟，价格合理，在国际市场上具有一定的竞争力。我国数控机床行业所掌握的五轴联动数控技术较成熟，并已有成熟商品走向市场。
我国在数控机床高端产品的生产上取得了一定的突破。目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高速数控机床生产国和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在8000-10000转/分以上的数控机床。
Third, the main components of the spindle box system are designed, and the assembly drawing spindle box AUTOCAD sofБайду номын сангаасware.
Fourth, an important part of 3D solid modeling using UGS software to create the spindle box, and to simulate its movement.
何少健
指导教师
李景奎
负责教师
沈阳航空航天大学
2013年6月
摘
本课题主要内容是以中捷摇臂钻床厂已有的产品GMD200动桥式龙门数控铣床为基础而进行的主轴系统设计﹑建模及运动仿真及其有限元模态分析。
第一，简要的介绍了本课题的提出，可行性分析及本课题的主要任务。
第二，通过对现有的GMD200铣床机构的了解和设计主轴箱传动系统。
行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术对国外技术的依存度较高对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度