加工中心用电主轴结构设计与其仿真分析

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1、摘要加工中心用电主轴结构设计及其仿真分析本文以中小型加工中心用电主轴为研究对象，对其进行结构设计，然后运用ANSYS软件，用有限元分析方法对高速电主轴的动态特性和热态特性进行研究分析，具体包括：1、通过对结构设计中一些关键性技术问题的解决，如主轴单元结构参数静态估算、电机的选型和冷却、轴承的选型和润滑冷却、主轴动平衡设计等，完成电主轴的结构设计。2、对高速电主轴进行三维动态有限元建模，经ANSYS计算分析，得到电主轴的模态特性和谐相应特性：研究了电主轴的振型、固有频率和临界转速，分析了电主轴各部分对频率的动态响应位移，验证了主轴结构设计的合理性，并提

2、出改善电主轴动态特性的措施。3、对高速电主轴建立二维轴对称有限元模型，经ANSYS计算分析，得到电主轴的温升和温度场分布情况，稳态热分析后对电主轴有限元模型施加温度载荷进行热结构耦合分析，对电主轴的热变形和热应力情况进行分析和讨论，最后提出改善电主轴热态特性的措施及改进建议。关键词：电主轴；动态特性；热态特性；有限元分析；ANSYSAbstract加工中心用电主轴结构设计及其仿真分析ThispaperiSabouttheresearchofmotorizedspindlesusedinmiddleandsmallscaleCNCmachiningce

3、nters．Firstlyithasmadethestructuredesignofthespindle，andthen,thedynamicandthermalcharacteristicsofhigh—speedmotorizedspindlearestudiedwimANSYSsoftwarebyFEA．Detailsofstudiesareasfollows：1．Theconstructionofthemotorizedspindleisdesignedbasedonsolvingsomecriticalproblemsinconstruct

4、iondesignsuchasthestaticestimateofthespindle’Sconstructionparameter,thechoiceofmotoranditscooling，thechoiceofbearingsandalsotheirlubricatingandcooling，designforthedynamicbalance．2．Three．dimensionalFEAmodelofthemotorizedspindlearebuiltupwithANSYS．Basedonthe3．DFEAmodel．themodalan

5、dharmonicresponsecharacteristicsofthemotorizedspindleareanalyzed，andalsothevibrationmode，naturalfrequencyandcriticalrotationratearestudied．Partsofthespindle’Sdynamicdisplacementresponsetothefrequencyalsoarestudied，therefore，therationalityofthespindledesignandconstructionarevali

6、dated．Atlast，somemeasuresforimprovingthedynamiccharacteristicofthemotorizedspindlearebroughtforward．3．Two．dimensionalFEAmodelofthemotorizedspindlearebuiltupwithANSYS．Basedonthe2一DFEAmodel，thechangeofthetemperaturefieldandthetemperatureraisingsituationofthemotorizedspindleareana

7、lyzed，thenthethermalandstructurecouplinganalysisarestudiedbyloadingtemperatureafterstaticthermalanalyze，thermaldeformationandheatstressofthemotorizedspindleisalsoinananalysisanddiscussion．Atlast，somemeasuresforimprovingthethermalcharacteristicofthemotorizedspindlearebroughtforw

8、ardKeywords：Motorizedspindle；DynamicCharacteristic；The