大型电机主轴内孔加工镗杆模态分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com第4期(总第149期)机械工程与自动化No．42008年8月MECHANICALENGINEERING＆AUTOMATIONAug．文章编号：1672—6413(2008)04—0071—03大型电机主轴内孔加工的镗杆模态分析徐勤文，刘轶强。，李再华(1．湘潭电机集团有限公司，湖南湘潭411101；2．海军驻湖南地区军代室，湖南湘潭4111O1)摘要：主轴内孔加工技术的研究是大型电机研制的重要环节。对主轴内孔加工的4种方案进行模态分析，结果表明：对于长径比大的镗杆，在镗杆中部加硬质合

2、金棒和阻尼橡胶，并在橡胶中插圆钢，可改变镗杆的固有频率。这为镗杆谐响应分析及镗杆的其它研究提供了依据。关键词：振动；模态分析；主轴；加工中图分类号：TGS06：TH133．2文献标识码：A1主轴基本参数分析长径比大的镗杆在切削过程中容易引起振动，其大型电机主轴的三维图见图1，该零件毛坯长主要原因是镗杆的刚性差。要提高镗杆的抗振性，一3900mm，最大直径为~~900mm，已加工出~~400mm方面是要提高镗杆本身的动刚度，另一方面要靠增加的内孔和外部主要台阶，现需在@400mm内孔的中部系统阻尼、扩大系统吸收振动能量的能力。材料力学加工出长度为1210mm、直径为~

3、~700mm的内孔，中刚度计算公式为：~~700mm内孔的端部到主轴端部的距离为1495mm。K一。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)同时~~700mm内孔与~~400mm内孔的同轴度公差为其中：K为最大挠度与镗杆所承受力的比值；为镗杆0．08mm的长度；E为弹性模量；J为截面惯性距。如果缩短镗杆长度、增大截面惯性矩、提高弹性模量，则可提高镗杆的刚度。但由于受结构方面的限制，只能靠提高弹性模量的方法来提高其刚度。然而高弹性模量的材料价格高，如整体采用会增大成本，同时现有的制造工艺也难以满足该长度要求。因此必须从增加阻尼、提高系统吸收振动能力这一方面来着手解决镗杆的抗振性问题

4、。如果既能提高镗杆的刚度同时又能增强其吸振能力，那么镗杆的抗振性会显著增强。因此本课题组主要围绕这两方面采取措施。经查阅大量文献，并根据初步分析结果提出了4种镗杆的设计方案。图1大型电机主轴的三维囤2．1方案一要在车床上加工OT00mm的内孔，根据零件结图2为镗杆设计方案一。构，宜采用双向切削方式，所需刀杆悬伸长度为2000mm。由于工件的单边加工余量为150mm，刀具需要横向进刀150mm，因此刀杆的杆径比~400mm的内孑L至少要小150mm，考虑到进刀与退刀的方便，刀杆直径取@220ram。根据经验，刀杆的夹持长度约为2．}刀杆直径的4倍，因此取刀杆的总长为2

5、900mm。图2镗杆设计方案一2镗杆设计的4种方案本方案采用普通镗杆的结构形式，即用普通合金收稿El期：2007—12—28；修回日期：2008-02～27作者简介：徐勤文(1964一)，男。湖南湘潭人，高级工程师，主要从事电机工艺研究工作。维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com·72·机械工程与自动化2008年第4期钢42CrMo制成长2900mm、直径~220mm的实心镗刀的刀口上，这与实际切削力的施加位置(靠近刃口的杆，左端160mm的子口用于安装横刀杆。该方案用前刀面上)虽有一定差别，但是根据圣维兰原理，不会于比

6、较镗杆改进方案的减振效果。影响分析结果。2．2方案二各分析模型的单元数和节点数见表I；各模型中图3为镗杆设计方案二。使用的材料参数见表2；有限元分析模型见图6。表1各分析模型的单元数目和节点数目量f／／／／／／／／／／项目方案一方案二方窭方案四—苓单元数目12404119241682926187e{7_7。／／／／r／／／／／／节点数目739169801193517685B迎表2材料特性参数表l20O～材料弹性模量(MPa)密度(kg／m。)泊松比阻尼系数一29。O42CrMo2．1×17．8×1O3O．270．0006图3镗杆设计方案二硬质合金6．3×10s14．

7、8×103O．220．0006本方案为镗杆的改进方案。在镗杆中部打一个橡胶5．61．3×1O3O．491．2~120mm的通孔，在靠刀具的一端填充橡胶增加阻尼，提高吸收振动能量的能力；在靠刀杆夹持部位的一端插入一根长为1000mm、直径为120mm的硬质合金棒，硬质合金棒与刀杆采用过盈配合，其目的是提高刀杆的刚性。2．3方案三图4为镗杆设计方案三。ll8IT／／／／／／／／／／【,--~／／／／／／／／／／高一一-●；；一；‘—i到e一1如一29。O图6有限兀分析模型图4镗杆设计方案三4对镗杆各方案进行模态分析本方案是方案二的改进方案，是在橡胶中部再插镗杆在加工