高速电主轴可靠性分析与研究

论文摘要

高速电主轴是高速加工中心的核心部件,其工作的可靠性对加工中心的使用寿命及加工精度起决定性的影响。本文以加工中心用高速电主轴为研究对象,研究了高速电主轴刚度和抗共振可靠性分析的基本方法,并对高速电主轴的刚度和抗共振可靠性进行了分析。主要研究工作如下：（1）对高速电主轴的结构及工作原理进行了研究,分析了高速电主轴的结构特点和主要失效模式。（2）应用三维建模软件Pro/E,建立高速电主轴的三维参数化模型,并应用VC++6.0编制了高速电主轴参数化软件,可以通过输入尺寸参数,改变高速电主轴的结构尺寸。（3）将高速电主轴模型导入ANSYS软件,包括结合面建模,其次确定约束条件和切削载荷,进行了刚度及振动分析,通过多次模拟仿真,应用响应面法,计算得到了高速电主轴的可靠度及各参数的敏感度。（4）应用ANSYS的参数化语言（APDL）建立了高速电主轴的参数化模型,应用概率有限元法,在ANSYS的概率设计（PDS）模块中对关键部件进行了可靠性分析。（5）对电主轴用滚动轴承进行接触虚拟可靠性分析。利用ANSYS实现对轴承接触应力的数值计算,应用响应面法对滚动轴承进行了可靠性灵敏度分析,通过轴承虚拟可靠性分析技术可有效分析轴承系统接触可靠度,得到了各参数变量原始制造误差对接触应力的影响程度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 相关领域的研究现状
• 1.2.1 高速电主轴概述
• 1.2.2 高速电主轴国内外研究现状
• 1.2.3 机械可靠性国内外研究现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第2章 高速电主轴可靠性分析基本方法
• 2.1 可靠性分析基本方法
• 2.1.1 应力强度模型
• 2.1.2 概率有限元法
• 2.1.3 响应面法
• 2.2 高速电主轴失效形式分析
• 2.3 高速电主轴刚度要求判定方法
• 2.4 高速电主轴共振要求判定方法
• 2.5 高速滚动轴承的接触可靠性分析方法
• 2.5.1 接触有限元算法
• 2.5.2 高速滚动轴承接触问题的参数选取
• 2.6 本章小结
• 第3章 高速电主轴关键零部件参数化模型的建立
• 3.1 高速电主轴的结构特点
• 3.1.1 高速电主轴总体布局
• 3.1.2 高速电主轴工作原理
• 3.2 参数化模型建立的必要性及随机变量参数的确定
• 3.3 关键零部件参数化模型的建立
• 3.3.1 转轴参数化模型的建立
• 3.3.2 轴承参数化模型的建立
• 3.3.3 主要功能部件装配模型的建立
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于Pro/E二次开发技术的高速电主轴参数化软件设计
• 4.1 Pro/E的二次开发技术
• 4.1.1 用VC创建应用程序基本框架
• 4.1.2 注册文件及Pro/TOOLKIT应用程序的运行
• 4.2 使用MFC的可视化对话框技术
• 4.2.1 创建对话框的一般步骤
• 4.2.2 模式对话框的设计
• 4.2.3 装配体远程参数控制的实现
• 4.3 软件的主要功能模块
• 4.4 软件的应用过程
• 4.5 本章小结
• 第5章 高速电主轴可靠性仿真
• 5.1 高速电主轴有限元模型的建立
• 5.1.1 高速电主轴有限元模型导入
• 5.1.2 单元类型的选择
• 5.1.3 材料属性及网格划分
• 5.1.4 约束及加载
• 5.2 高速电主轴系统的刚度可靠性计算
• 5.2.1 基于响应面法的高速电主轴刚度可靠性分析
• 5.2.2 基于ANSYS/PDS模块的高速电主轴刚度可靠性分析
• 5.3 高速电主轴系统的共振可靠性计算
• 5.3.1 ANSYS模态分析的基本方法
• 5.3.2 高速电主轴有限元模型的建立及模态分析
• 5.3.3 基于ANSYS/PDS模块的高速电主轴共振可靠性分析
• 5.4 高速滚动轴承的接触可靠性分析
• 5.4.1 基于ANSYS的滚动轴承有限元分析
• 5.4.2 基于响应面法的滚动轴承可靠度计算及灵敏度分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 在学期间发表论文