高精度镗铣动力头动静态特性的有限元分析

论文摘要

随着全球汽车工业的不断发展,组合机床也得到了飞速的发展,越来越多的汽车零部件需要组合机床或组合机床自动化生产线来加工完成。而作为组合机床设计制造的核心通用部件——镗铣动力头,其高强度、高精度及高可靠性是提高生产率、降低生产成本、保证零部件品质的必要条件。因此,镗铣动力头主轴结构的研究和动静态特性的优化,对于进一步提高组合机床的工作性能有着十分重要的意义。本文采用有限元分析方法,运用ANSYS软件,对镗铣动力头主轴的结构和动静态特性进行了深入的研究,具体包括:1.分析主轴的结构特点及其对动静态特性的影响,并从满足其动静态特性的角度,对主轴的结构进行了设计;2.通过对角接触球轴承进行结构建模和力学特性分析,获得了轴承静刚度的简易计算方法,对主轴轴承的静刚度进行了计算;研究了预紧力对轴承静刚度的影响;通过对高精度角接触球轴承进行动力学特性分析,总结出一种较为简易、精确的轴承动刚度的计算公式;3.对主轴进行二维静态有限元建模,经ANSYS计算,得出了本主轴的静刚度,并分析了轴承预紧力对主轴静刚度的影响;4.对主轴进行了较精确的三维动态有限元建模,经ANSYS计算分析,获得主轴的模态和谐响应特性;研究了主轴固有频率、振型和临界转速,分析了轴承预紧力对主轴一阶固有频率的影响;并对高精度加工条件下,主轴在前端、转子和后段三个位置所发生的最大动态位移进行了分析计算,验证了主轴结构设计的合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.1.1 组合机床和组合机床自动化生产线
• 1.1.2 高精度镗铣动力头
• 1.2 主轴动静态特性的研究现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第二章 主轴的动静态特性及其结构设计
• 2.1 主轴的静态特性
• 2.2 主轴的动态特性
• 2.2.1 主轴的固有振动特性
• 2.2.2 主轴前端在切削部位的激振点动柔度
• 2.3 镗铣动力头主轴结构的动静态特性要求
• 2.4 本课题主轴的结构设计
• 2.4.1 主轴轴承
• 2.4.2 主轴轴承的润滑形式
• 2.4.3 主轴的跨距设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 轴承刚度的分析
• 3.1 角接触球轴承静刚度的计算
• 3.1.1 角接触球轴承受力分析
• 3.1.2 轴承的轴向预紧与位移
• 3.1.3 轴承的径向刚度
• 3.1.4 本课题主轴轴承静刚度的计算
• 3.2 角接触球轴承的受力分析及动刚度的计算
• 3.3 本章小结
• 第四章 主轴静态特性的有限元分析
• 4.1 ANSYS在结构分析中的应用
• 4.1.1 ANSYS中的结构线性静力分析
• 4.1.2 ANSYS线性静力分析的基本步骤
• 4.2 主轴静态特性有限元分析模型
• 4.2.1 构建几何模型
• 4.2.2 单元类型的选择和网格划分
• 4.2.3 典型切削条件下主轴所受切削力的计算
• 4.2.4 镗铣动力头主轴单元的静态变形
• 4.3 本章小结
• 第五章 主轴动态特性的有限元分析
• 5.1 ANSYS中的动力分析
• 5.2 高精度镗铣动力头主轴的模态分析
• 5.2.1 ANSYS中的模态分析
• 5.2.2 高精度镗铣动力头主轴的有限元模态分析
• 5.3 高精度镗铣动力头主轴的谐响应分析
• 5.3.1 ANSYS中的谐响应分析
• 5.3.2 镗铣动力头主轴的有限元谐响应分析
• 5.4 提高镗铣动力头主轴单元动态特性的措施
• 5.5 本章小结
• 第六章 综合分析及其结论
• 6.1 综合分析
• 6.2 结论
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 主要研究工作与创新点
• 7.3 存在问题与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 致谢