电机后置式的电主轴动态特性有限元分析.pdf

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1、数控加工技术现代制造工程(ModemM明ufacturingEn舀neering)2016年第6期电机后置式的电主轴动态特性有限元分析+卞真玉‘,林建中1,周炯1,杜振良1,忻晓蔚2(1上海理工大学机械工程学院,上海200093;2上海机床厂有限公司,上海200093)摘要:以一种新型电主轴结构为研究对象,用有限元方法对该型号电主轴进行了模态分析和谐响应分析,并研究了轴承刚度的变化对电主轴动态性能的影响。结果表明:电主轴的第一阶临界转速远远高于其最高工作转速,能有效避开共振区;静压轴承刚度对电主轴的动态

2、性能具有重要影响。合理地改进轴承刚度,有利于提高电主轴的刚度,减小振动幅度,提高磨床的加工精度。关键词:电主轴;有限元分析;模态分析;谐响应分析;轴承刚度中图分类号:THll3文献标志码:A文章编号:1671—3133(2016)06—0072珈5DoI:10.16731/i.cnki.1671—3133.2016.06.014Analysisofdyn砌ccharacteristicforblliltoutmOtorizedspinmeBianZhenyul,LinJianzhon91,ZhouJio

3、n91,DuZhenlian91,XinXiaowei2(1CoUegeofMechnicalEngineering,uniVerSityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China;2ShanghaiMchachineToolWorksCo.Ltd.,Shanghai200093,China)Abstr钮ct:Takinganewstmctureofmotorizedspindleasanexample,modalanalysisandh

4、amnicresponseweredonebymeansoffiniteelementmethodsandstudiedtheinnuenceofchaIlgingbearingstifrnessondyn砌icpeIfonnanceofmotorizedspindle.TheresultsshowsthatthehighestworkingspeedofmotoIizedspindleislessthaIlits6rstcriticalspeed,whichcaneⅡbctivelya—vojdIhe

5、h印pening0fresonaIlce.Thes6fmessofhydmstaticbeadnghasimportan【ef玷ctsondyn帅icped-onIlanceofthemotor-izedspindle.Reasonbleimprvomentofbearingsti缸hess,whichisbeneficialtoimpmvetheelectricspindlerigidity,reducethevi—brationamplitudeandimpmvet11emachiningpreci

6、sionoftheg—ngdingmachine.Keywords:motorizedspindle;FiniteElementAnalysis(FEA);modalanalysis;ha珊incanalysis;bearingstifhless0引言高速、高精密机床越来越多地使用电主轴结构,目前大多数电主轴的驱动电机是安装在两个支承轴承之间的,它具有结构紧凑、刚性好等一系列优点,同时能够传递很高的转速和转矩,进而可提高机床的加工效率和零件的加工精度⋯。但同时也产生一些缺陷,表现为电机不容易散热、轴承容

7、易温升,易引发机床的热变形,从而降低零件的加工精度∞J。某厂设计的超精密平面磨床用于光学玻璃的磨削,对电主轴具有高动态、高热态特性的要求。为改善电主轴系统的散热性能,提高电主轴的动态特性,将设计的电主轴进行改进,使电机后置。+国家科技重大专项项目(2011zx04004-51)72本文以改进后的电主轴为研究对象,通过运用有限元方法对电主轴进行了详细的动态特性分析,从而为其进行后续的结构优化设计及结构一热耦合分析提供了理论依据。1电主轴主要结构分析改进后的电主轴系统的装配图如图1所示,该电主轴通过两个液体

8、静压轴承与主轴箱连接,静压轴承装配在主轴箱体中。为了防止主轴轴向窜动,使用一个调心球轴承来对主轴进行辅助支承。机床主轴通过与电机转子过盈配合装配在一起,由过盈面的摩擦力来传递转矩;电机定子安装在主轴壳体上,从而能够实现高效传动;利用水热交换系统对后置电机进行卞真玉,等:电机后置式的电主轴动态特性有限元分析2016年第6期冷却。主轴箱电机转子ANsYsworkbench软件中设置好材料属性,为提高分析精度,采用六面体单元来划分网格,最终得到电

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1、数控加工技术现代制造工程(ModemM明ufacturingEn舀neering)2016年第6期电机后置式的电主轴动态特性有限元分析+卞真玉‘,林建中1,周炯1,杜振良1,忻晓蔚2(1上海理工大学机械工程学院,上海200093;2上海机床厂有限公司,上海200093)摘要:以一种新型电主轴结构为研究对象,用有限元方法对该型号电主轴进行了模态分析和谐响应分析,并研究了轴承刚度的变化对电主轴动态性能的影响。结果表明:电主轴的第一阶临界转速远远高于其最高工作转速,能有效避开共振区;静压轴承刚度对电主轴的动态

2、性能具有重要影响。合理地改进轴承刚度,有利于提高电主轴的刚度,减小振动幅度,提高磨床的加工精度。关键词:电主轴;有限元分析;模态分析;谐响应分析;轴承刚度中图分类号:THll3文献标志码:A文章编号:1671—3133(2016)06—0072珈5DoI:10.16731/i.cnki.1671—3133.2016.06.014Analysisofdyn砌ccharacteristicforblliltoutmOtorizedspinmeBianZhenyul,LinJianzhon91,ZhouJio

3、n91,DuZhenlian91,XinXiaowei2(1CoUegeofMechnicalEngineering,uniVerSityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China;2ShanghaiMchachineToolWorksCo.Ltd.,Shanghai200093,China)Abstr钮ct:Takinganewstmctureofmotorizedspindleasanexample,modalanalysisandh

4、amnicresponseweredonebymeansoffiniteelementmethodsandstudiedtheinnuenceofchaIlgingbearingstifrnessondyn砌icpeIfonnanceofmotorizedspindle.TheresultsshowsthatthehighestworkingspeedofmotoIizedspindleislessthaIlits6rstcriticalspeed,whichcaneⅡbctivelya—vojdIhe

5、h印pening0fresonaIlce.Thes6fmessofhydmstaticbeadnghasimportan【ef玷ctsondyn帅icped-onIlanceofthemotor-izedspindle.Reasonbleimprvomentofbearingsti缸hess,whichisbeneficialtoimpmvetheelectricspindlerigidity,reducethevi—brationamplitudeandimpmvet11emachiningpreci

6、sionoftheg—ngdingmachine.Keywords:motorizedspindle;FiniteElementAnalysis(FEA);modalanalysis;ha珊incanalysis;bearingstifhless0引言高速、高精密机床越来越多地使用电主轴结构,目前大多数电主轴的驱动电机是安装在两个支承轴承之间的,它具有结构紧凑、刚性好等一系列优点,同时能够传递很高的转速和转矩,进而可提高机床的加工效率和零件的加工精度⋯。但同时也产生一些缺陷,表现为电机不容易散热、轴承容

7、易温升,易引发机床的热变形,从而降低零件的加工精度∞J。某厂设计的超精密平面磨床用于光学玻璃的磨削,对电主轴具有高动态、高热态特性的要求。为改善电主轴系统的散热性能,提高电主轴的动态特性,将设计的电主轴进行改进,使电机后置。+国家科技重大专项项目(2011zx04004-51)72本文以改进后的电主轴为研究对象,通过运用有限元方法对电主轴进行了详细的动态特性分析,从而为其进行后续的结构优化设计及结构一热耦合分析提供了理论依据。1电主轴主要结构分析改进后的电主轴系统的装配图如图1所示,该电主轴通过两个液体

8、静压轴承与主轴箱连接,静压轴承装配在主轴箱体中。为了防止主轴轴向窜动,使用一个调心球轴承来对主轴进行辅助支承。机床主轴通过与电机转子过盈配合装配在一起,由过盈面的摩擦力来传递转矩;电机定子安装在主轴壳体上,从而能够实现高效传动;利用水热交换系统对后置电机进行卞真玉,等:电机后置式的电主轴动态特性有限元分析2016年第6期冷却。主轴箱电机转子ANsYsworkbench软件中设置好材料属性,为提高分析精度,采用六面体单元来划分网格,最终得到电

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