基于高效深切磨床轴承主轴系统的有限元分析.pdf

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1、机械设计与制造第6期MachineryDesign&Manufacture2012年6月文章编号：1001—3997(2012)06—0034—02基于高效深切磨床轴承主轴系统的有限元分析王创汤漾平-熊凯(华中科技大学机械科学与工程学院，武汉430074)(z中国人民解放军92351部队，海南572016)FiniteElementAnalysisonSpindleofHybridBearingSystemBasedonHighEficiencyDeepGrinderWANGChuang，TANGYang-ping’，XIONGKai(Sch

2、oolofMechanicalScience&Engineering，HuazhongUniversityofScience&Technology，Wuhan430074，China)(92351PLATroops，Hainan572016，China)【摘要】针对实验室研制的高效深切磨床动静压轴承主轴系统，首先利用计算流体力学软件CFX，对动静压轴承的油膜进行稳态分析，得到油膜上的压力分布。通过在不同的小位移和速度扰动的情况下轴承油膜承载力的变化规律，依此来确定轴承油膜的刚度和阻尼系数。在ANSYS中，采用Ma—trix27单元来模拟动静压

3、轴承油膜的刚度和阻尼作用，并对主轴进行模态分析。结果表明，在微小的位移扰动和速度扰动的情况下，油膜的弹性力和阻尼力近似为线性的，主轴模态有限元计算结果与实测结果基本一致，证明了该分析方法的正确性。关键词：动静压轴承；CFX；模态【Abstract】／nthelightofthespindlesystemofhybridbearingforhighefficiency如印grinder，as一wareofComputationalFluidDynamics，CFX，hadbeenusedtOdothestaticanalysisforo以oft

4、hehy—bridbearing，andthepressuredistributionontheoillmwasobtained．Accordingtothepressurechangingwithsmallvariationofdisplacementandvelocityofthespindle，thestifnesscoefficientanddampedcoefi-cientoftheoillmWaSgot．Then，inANSYS，theMatrix27elementwastakentosimulatethestifnessandd

5、ampingcoefficientofoillmandcarryoutthemodelanalysisofspindle．eresultsindicatedthatthee—lasticforeeanddampingforceoftheoilfilmwereapproximatelylinearundersmalldisplacementandre-locitydisturbance．Thusthefiniteelementcalculationforthespindlemodalapproximatelycorrespondedwithth

6、eresuhdetectedbytheexperimentandthecorrectnessoftheanalysisisverified．Keywords：HybridBearing；CFX；Model中图分类号：TH16文献标识码：A1引言2动静压轴承油膜的动力特性高速深切磨削是通过提高砂轮线速度来达到提高磨削去除一般情况下，油膜力是轴颈中心位置(yo)与瞬时振动速率和磨削质量的方法，一般在主轴上采用液体动静压滑动轴承_l1。度(菇，)的函数：由于设计制造误差、安装条件等原因，会导致主轴系统的轴振或{=(y0，，(1)瓦振过大，使设备故障

7、频出或不能正常工作121。为此需要研究轴【F柚：(。，yo，，)承一主轴系统的动态特性，对轴承或转子结构进行动力学设计分在小扰动情况下，将，在静态工作点处展开为泰勒级数析。此时，轴承油膜的模拟是一个较难处理的问题。油膜对转子起且仅保留线性项：主要作用的是其非线性弹性力和阻尼力，但在大多数情况下，由于只涉及小幅振动，通常可以把油膜力简化为线性的弹性力和阻一I。OFl00／10堡o~Yo尼力。工程中一般通过慢增速或减速试验确定轴承转子系统动态特性，但在进行动力学再设计时，必须借助理论分析和有限元计一I。等I。算131。项目来源于本实验室与某齿轮齿

8、条厂的合作研发的高效深切数控磨床，设计高效深切磨削的磨床实现对齿条的加工。采用计算流体力学软件CFX对轴承油膜的承载力进行分析，并确定等(yy)轴承油膜的动力系数，