振动仿真分析

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1、HKY121-04主轴系统振动仿真分析对于磨削加工來说，磨床主轴的振动无疑会增大零件的表血粗糙度。因此尽量减小主轴系统的振动，对于减小表而粗糙度，提高零件表面质量有重要意义。本分析针对HKY121-04主轴系统，分别改变系统的主轴转速、径向轴承肓径间隙、供汕压力、润滑汕粘度、节流边长度、径向轴承长度、节流器形式和径向轴承跨距，利用有限元仿真软件计算出主轴系统在不同参数下的前六阶模态和振型，在此基础上计算由丁系统不平衡引起的磨削力简谐激励下的响应，即振动幅值（包括砂轮加工点和中心点处的法向振幅，切向振幅），进而

2、计算出系统振动刚度，从而为主轴系统设计捉供参考。一、主轴系统几何模型针对振动分析的主轴系统主耍包括主轴、砂轮、压紧法兰、带轮、前后径向轴承和端面轴承，如图1所示。压紧法兰前径向轴承后径向轴承端面轴承端面轴承图1主轴系统三维几何模型二、有限元模型建立1、结构简化与单元选取在有限元前处理软件中建立有限元模型。首先对模型作必要的简化，忽略小沟槽，倒角，小孔和部分小零件。实体部分均采用八节点实体单元，主轴系统总共离散成59881个单元，62198个节点。实体结构模拟如图2所示。HiiimmiNHIIIIIIMIIll

3、llllllllllllllllllllllIIIIUmin出mu■■■niiiiiiiiiiii■■IIIIIIIIIIIIIIUIIII..JIIIIIIIIIIIIIIBIIIMiamaiaiiiiiiiiiiiiiiiiiniilllllllllllllllllllll图2实体网格2、材料参数齐实体部分材料参数如表1所示。表1材料参数部件名称材料密度t/mm3弹性模量Mpa泊松比主轴9Mn2V7.82e-92.06e50.3砂轮压紧法兰可锻铸铁7.3e-91.55e50.26砂轮AI2O33.97e-

4、97e40.3皮带轮可锻铸铁7.3e-91.55e50.263、约束由于阻尼对横向振动特性影响很小，故忽略阻尼的影响，在分析中只考虑径向和轴向刚度。前后径向轴承模拟采用将主轴与油膜接触面沿周向均分为四部分，用刚性单元分别将每个四分之一面上节点耦合到一个节点，再用线性弹簧单元连接该节点与轴承内径对应点。如图3和图4所示。图3,图4径向轴承模拟端而轴承采用在主轴轴肩端而均布四个线性弹簧单元来模拟。所冇与主轴接触的弹簧单元节点自由度不约束，而外点约束全部六个自由度。每一个径向弹簧刚度取各自轴承油膜总刚度的切，每一•

5、个端面轴承处弹簧刚度取端面轴承油膜刚度的如。建立的有限元模型如图5所示。前径向轴承模拟后径向轴承模拟端面轴承模拟11111111111111111111图5有限元模型三、振动仿真计算改变系统某一参数，而固定其它参数，由于转速较低，忽略转速对模态的影响，分别计算主轴系统的振动。1、改变主轴转速固定参数：(1)径向轴承直径间隙：0.03mm；(2)径向轴承长度：80mm；(1)径向轴承直径：100mm；(2)端面轴承间隙:0.02mm；(3)端而轴承毛细管直径：1.1mm；(4)节流边(即轴向封油面)长度：9mm

6、；(5)油腔深度(径向和轴向)：(20-100)*(5)。统一为深油腔,油腔内油压相同；(6)供油压力:2.5MPa；(7)润滑油粘度:L-FD5,动力粘度为0.00425Pa.So变化参数：主轴转速：900i7min、1100r/min,1300r/min,1500r/min,1740r/min.各转速下模型的轴承油膜刚度值如表2所示（以下各表中所列轴承的油膜刚度值均来自轴承分析报告）。表2对应转速下油膜刚度转速（r/min）9001100130015001740前径向轴承油膜总刚度（N/mm）109018

7、01130940133005014198201638350后径向轴承油膜总刚度（N/mm）11391901333020137118016118801673000端面轴承油膜总刚度（N/mm）30294003029400302940030294003029400在求解器中计算前六阶模态，首先计算900r/min模型，得前六阶模态结果如表3。表3900r/min模型前六阶模态M频率值（Hz）对应临界转速（r/min）振型描述阶阶阶阶阶阶一二三四五六第第第第第第191.1011466绕Y轴旋转233.5814014

8、.8X向一次弯曲233.5814014.8Z向一次弯曲317.6619059.6轴向振动399.1523949X向二次弯曲399.2523955Z向二次弯曲900r/min模型冃ij六阶振型图如图6■图11所示。图6900r/min模型第一阶振型图7900r/min模型第二阶振型图8900r/min模型第三阶振型图9900r/min模型第四阶振型图10900r/min模型第五阶振型图11900r/m