基于有限元方法的主軸軸承跨距優(yōu)化new

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1、中國科技論文在線http://www.paper.edu.cn機械設(shè)計與制造第1O期一44一MachineryDesign&Manufacture2005年10月文章編號：1001—3997(2005)010一o044—03基于有限元方法的主軸軸承跨距優(yōu)化裝大明馮平法郁鼎文(清華大學(xué)，北京100084)OptimumdesignofspindlebearingsdistancebasedonFEMPEIDa—ming，F(xiàn)ENGPing—fa，YUDing—wen(TsinghuaUniversity，Beijing

2、100084，China)【摘要】通過建立包括軸承結(jié)合面在內(nèi)的主軸龍門式數(shù)控鏜銑床主軸部件的靜剛度，并通過靜岡環(huán)境下利用APDL語言實現(xiàn)有限元模型的參數(shù)化，關(guān)鍵詞：有限元方法；主軸軸承跨距；優(yōu)化設(shè)計；參數(shù)化【Abstract】Throughsimulatingthebearingsfunction．theFiniteElementModelofthespindleoftheNCgateboring—milingmachineisestablish．a(chǎn)ndanalysisofitsstaticrigidityisdo

3、ne．ThecalculationresultcomparedwiththeresultofthestaticrigidityphysicalexperimentitisindicatedthattheFiniteElementModelisvalid．ParameterizingtheModelusingADPLinANSYSoptimumdistancebetweenthetwobear—ingsonspindleisobtained．：；Keywords：FEM；Spindlebearingsdistance

4、；Optimumdesign；Parameterization；．．?．?．?．?．??．．一?．．?．?．?．．?．．?．?．．一?．；中圖分類號：O241．83，TH1333文獻標(biāo)識碼：A1引言卜1+魯)=o主軸部件最佳支承跨距的計算，是機床主軸部件設(shè)計討論式中：卜一主軸支撐跨距，mill；最多的基本問題之一。目前通常的做法是將主軸部件簡化為2口一主軸懸伸長度，mill；支承的簡支梁，根據(jù)材料力學(xué)中變形位移線性疊加原理，從而C，c2一前后支承徑向剛度，N／p~m；得到公式【1】E一主軸材料的彈性模量，N／mm：

5、；-k來稿日期：2oo5一O2—25卜主軸兩支承截面內(nèi)平均抗彎慣性距，mm‘。加速、減速、停止。驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)完成剪切工作。根據(jù)剪切的鋁采用直流數(shù)字控制系統(tǒng)的飛剪定尺精度在±2～±5mm之間，板厚度不同，旋轉(zhuǎn)操作側(cè)剪刃間隙調(diào)節(jié)油缸頭部的螺栓，使剪現(xiàn)在采用交流伺服控制系統(tǒng)定尺精度在±0．5mm以下。刃間隙滿足剪切的要求。(2)可以實現(xiàn)任意的定尺長度老式飛剪只能剪一個長度定尺或這個長度的倍尺。新式飛剪采用計算機控制啟動工作制，可以剪切任意定尺長度。(3)生產(chǎn)效率高普通停剪機組速度為30m／min，年產(chǎn)量在5000～800

6、0噸。老式飛剪機組速度不超過60m／min，年產(chǎn)量在10000噸左右。滾筒飛剪的機組工作為120m／min以上，年產(chǎn)量在15000噸以上。(4)結(jié)構(gòu)簡單老式飛剪有傳動機構(gòu)、減速機、空切機構(gòu)、剪切機構(gòu)等幾大部分，機構(gòu)龐大，轉(zhuǎn)動慣量大，制造成本高。新式飛剪只有傳動、剪切兩部分，結(jié)構(gòu)簡單制造和裝配成本降低。(5)控制先進老式飛剪由直流模擬控制加減速、機械變檔實現(xiàn)剪切?；蛑绷鲾?shù)字控制實現(xiàn)剪切，新式飛剪由交流伺服控制實現(xiàn)剪切?？刂剖侄胃冗M，檢測精度高，反應(yīng)速度快，定尺精度提高。圖6飛剪本體結(jié)構(gòu)圖參考文獻6新式滾筒飛剪的優(yōu)點

7、1周國盈編著，帶鋼精整設(shè)備一機械工業(yè)出版社．1999．(1)定尺精度高2UuicoInc，數(shù)字信號處理器交流矢量控制旋轉(zhuǎn)切刀系統(tǒng)．2003．采用模擬控制系統(tǒng)的老式飛剪定尺精度在±10mm以上轉(zhuǎn)載第10期中國科技論文在線裴大明等：基于有限元方法的主軸軸承跨距優(yōu)化http://wwww.paper.edu.cn一45一但是由于主軸一般都是階梯軸并且端部帶錐孔(安裝sK的一端與主軸上的節(jié)點(即圖3a中的T5、T6、17、1、8四個節(jié)點)或SHK刀柄)，所以由公式(1)得到軸承最佳跨距的精確解是困相連結(jié)。另一端(即圖3a中

8、的Tl、他、乃、T4四個節(jié)點)為完全難的。今天計算技術(shù)的發(fā)展，特別是有限元方法的成熟為我們固結(jié)，每個徑向剛度取為Kr／2(Kr為單列推力球軸承的徑向剛提供了一種方便快捷得到主軸軸承最佳跨距精確解的有效手度。主軸前支承的4列向心推力球軸承采用4次相同的徑向彈段。這里從靜剛度出發(fā)建立主軸有限元模型，通過靜剛度實驗簧分布方式進行模擬，見圖3b。對于向心推力球軸承同