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基于ANSYS加工中心主轴箱的有限元分析及优化

发布于:2015-12-22 21:11
加工中心有限元分析

      主轴箱是高速立式加工中心最关键的受力部件,它的强度、刚度好坏将直接影响到加工中心的精度和寿命。若采用常规算法进行线性设计计算,则不易给出准确的计算结果,且无法了解主轴箱各部位的受力状态和变形情况。导致的结果是增加了结构重量,浪费了材料,并且难以提高产品的设计质量和水平。随着计算机与App技术的日益普及和应用,有限元分析等现代结构分析方法己受到工程设计人员的广泛认同和采用,并取得了显著的技术经济效益。分析采用Ansys有限元App分析高速立式加工中心主轴箱,为优化方案选择提供可靠的理论依据。
1、主轴箱有限元分析
      高速立式加工中心主轴箱通过滚珠丝杠实现上下移动,所以在进行有限元分析时把丝杠和丝杠螺母装配到主轴箱上,这样分析的结果更加客观地反映工作时此结构对加工精度的影响。
      主轴箱主要材料HT300,在进行有限元分析时,对主轴箱加载力的大小不影响主轴箱的计算刚度,所以取高速立式加工中心工作时受三个方向力的大小分别为:Fx=Fy=100N、Fz=200N。四种类型的物理模型是在Solidworks中建立的,在导入Ansys之前,综合考虑计算精度的影响及有限元模型的计算规模,根据圣维南原理,对部分局部特征如倒角、小孔等进行适当的简化。
2、多孔筋主轴箱有限元分析
      主轴箱、丝杠和丝杠螺母在Ansys中粘结成一个整体,考虑到主轴箱特征的复杂性,经反复试验,选取6级精度、solid45单元对主轴箱、滚珠丝杠和丝杠螺母进行自由网格划分。对主轴箱进行静态分析时,关键是约束和力加载的位置及方向的选择是否符合实际情况,这关系到有限元计算的精度,甚至影响到分析结果正确性。通过对此高速立式加工中心工作时的特点进行深入分析,约束主轴箱后壁上四个安装滑块面的x、y向的位移,约束丝杠上下表面的x、y、z向的位移。加工中心工作时,刀具的受力间接地传递给主轴箱,为了更好的模拟主轴箱的受力,分析采取在刀尖的空间位置上建立一质量点(单元类型为mass21)来模拟刀尖,把此质量点刚化到主轴箱安装电主轴的下表面上,在此质量点上分别加载x、y、z三个方向的力。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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