【摘要】：基于有限元法參數(shù)化建立主軸系統(tǒng)三維有限元模型,將軸承簡化為彈性支撐.考慮皮帶輪和卡盤的影響,對(duì)整個(gè)主軸系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析,得到主軸系統(tǒng)的前八階固有頻率及固有振型.進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速分析,將工作轉(zhuǎn)速與非零最低階頻率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較,驗(yàn)證主軸設(shè)計(jì)的合理性.利用ISIGHT集成ANSYS進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)并計(jì)算非零最低階固有頻率,將有公差范圍要求的軸段的直徑和長度以及基本物理參數(shù)作為隨機(jī)變量,采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合主軸系統(tǒng)非零最低階固有頻率與隨機(jī)變量之間的關(guān)系.利用一次二階矩法計(jì)算主軸系統(tǒng)在特定轉(zhuǎn)速下的可靠度并求解各隨機(jī)參數(shù)的可靠性靈敏度.
【圖文】：

技術(shù)得到了主軸系統(tǒng)非零最低階固有頻率與所有隨機(jī)變量的擬合關(guān)系，進(jìn)而利用一次二階矩法計(jì)算主軸系統(tǒng)在最高轉(zhuǎn)速時(shí)的可靠度并求解可靠性靈敏度．根據(jù)主軸系統(tǒng)有限元分析結(jié)果以及可靠性靈敏度計(jì)算結(jié)果，指導(dǎo)實(shí)際設(shè)計(jì)加工．1主軸系統(tǒng)有限元模型1.1主軸系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及參數(shù)主軸是一種典型的中空階梯軸，將錐度較小的軸面簡化為等直徑軸面，將軸內(nèi)孔徑視為常數(shù)，忽略軸段倒角及圓角．主軸前端安裝標(biāo)準(zhǔn)三爪卡盤，末端固聯(lián)皮帶輪．在主軸高速旋轉(zhuǎn)過程中，可將皮帶輪和卡盤與主軸視為一體，，經(jīng)合理簡化后的主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示．圖1主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1Structurediagramofspindlesystem主軸系統(tǒng)的基本物理參數(shù)如表1所示．圖1中標(biāo)注出的各軸段直徑、主軸內(nèi)孔直徑以及后兩軸段長度均有尺寸范圍要求，因此作為尺寸隨機(jī)參數(shù)．將彈性模量、泊松比、軸承剛度、材料密度這4個(gè)物理參數(shù)同樣看作隨機(jī)變量．所有隨機(jī)參數(shù)均服從正態(tài)分布，標(biāo)準(zhǔn)差取為均值的5%．表1主軸系統(tǒng)基本物理參數(shù)Table1Basicphysicalparametersofspindlesystem隨機(jī)變量均值標(biāo)準(zhǔn)差彈性模量E/MPa20600010300泊松比μ0.30.015材料密度ρ/(t·mm－3)7.85×10－93.925×10－10軸承剛度K/(N·mm－1)286000143001.2軸承的簡化及約束本文將前后軸承均簡化為彈性支撐，支點(diǎn)位置位于軸的表面，如圖2所示．在主軸的前、后端分別有軸承支撐，因此需要建立8個(gè)彈簧單元．假設(shè)軸承只具有徑向剛度，且剛度值為常數(shù)，見表1．圖2軸承彈性支撐示意圖Fig.2Schematicofelasticbearings根據(jù)軸承特點(diǎn)及主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)彈簧施加約束時(shí)，約束其自由端的全部自由度，即對(duì)圖2中的T5，T6，T7和T8點(diǎn)進(jìn)行完全約束．對(duì)于彈簧與軸表面的接觸端，在前軸承?

誑字本兌約昂罅?軸段長度均有尺寸范圍要求，因此作為尺寸隨機(jī)參數(shù)．將彈性模量、泊松比、軸承剛度、材料密度這4個(gè)物理參數(shù)同樣看作隨機(jī)變量．所有隨機(jī)參數(shù)均服從正態(tài)分布，標(biāo)準(zhǔn)差取為均值的5%．表1主軸系統(tǒng)基本物理參數(shù)Table1Basicphysicalparametersofspindlesystem隨機(jī)變量均值標(biāo)準(zhǔn)差彈性模量E/MPa20600010300泊松比μ0.30.015材料密度ρ/(t·mm－3)7.85×10－93.925×10－10軸承剛度K/(N·mm－1)286000143001.2軸承的簡化及約束本文將前后軸承均簡化為彈性支撐，支點(diǎn)位置位于軸的表面，如圖2所示．在主軸的前、后端分別有軸承支撐，因此需要建立8個(gè)彈簧單元．假設(shè)軸承只具有徑向剛度，且剛度值為常數(shù)，見表1．圖2軸承彈性支撐示意圖Fig.2Schematicofelasticbearings根據(jù)軸承特點(diǎn)及主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)彈簧施加約束時(shí)，約束其自由端的全部自由度，即對(duì)圖2中的T5，T6，T7和T8點(diǎn)進(jìn)行完全約束．對(duì)于彈簧與軸表面的接觸端，在前軸承處施加軸向約束，后軸承處不約束，對(duì)應(yīng)圖2中的T1，T2，T3和T4點(diǎn)．1.3主軸系統(tǒng)有限元模型使用8節(jié)點(diǎn)SOLID185單元和COMBIN14單元分別建立主軸和彈簧單元．對(duì)主軸系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)簡化，按照有限元分析的要求，使彈簧約束處節(jié)點(diǎn)號(hào)固定不變，將主軸系統(tǒng)劃分為6976個(gè)單元，8928個(gè)節(jié)點(diǎn)，有限元模型如圖3所示．圖3主軸系統(tǒng)有限元模型Fig.3Finiteelementmodelofspindlesystem2主軸系統(tǒng)模態(tài)分析主軸系統(tǒng)的靜力分析［7］體現(xiàn)剛度對(duì)主軸加工精度的影響．模態(tài)分析通過研究無阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)，得到其自然屬性．進(jìn)行模態(tài)分析可以直觀地了解主軸系統(tǒng)的固有頻率及變形程度［8］．首先根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，建立動(dòng)力學(xué)基本方程:Mx··+Cx·
【作者單位】： 東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51135003,U1234208) 國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2014CB046303) “高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)(2013ZX04011-011) 機(jī)械系統(tǒng)與振動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(MSV201402) 中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(N130503002) 遼寧省高等學(xué)校優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目(LJQ2014030)
【分類號(hào)】：TG519.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2544369