【正文】 [6] Bert R Sorgensen, Yung C Shin. Dynamics of SgxnlleBearing Systems at High Speeds Including Cutting Load Effects[J]. Transactions o, the ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, 1998, 10: 387399[7] 龍振宇. 機械設(shè)計[M]. 北京:機械工業(yè)出版社，：282299[8] .谷東偉. 數(shù)控機床主軸系統(tǒng)動態(tài)特性分析[D]. 吉林，長春理工大學(xué),，2009[9] 張良. 高性能數(shù)控機床主軸部件動態(tài)分析與實驗[D]. 重慶:重慶大學(xué)，2007.[10] 盛和太, 喻海良, 范訓(xùn)益,等. ANSYS有限元原理與工程應(yīng)用實例大全[M]. 北京:清華大學(xué)出版社, ：47[11] 張大可, 程洪, 陳世教,等. 現(xiàn)代機械設(shè)計理論及方法[M]. 重慶:重慶大學(xué)出版社, ：170177[12] 趙海峰, 蔣迪. ANSYS [M]. 北京:中國鐵道出版社, ：12[13] 張學(xué)良. 機床結(jié)合面靜態(tài)基礎(chǔ)特性參數(shù)的建模及應(yīng)用[J]. 制造技術(shù)與機床, 1998，（6）：811[14] 趙相松, 徐燕申. 數(shù)控機床主軸單元的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計[J]. 機械設(shè)計, 1995，13（6）：2830[15] 紀(jì)?；? 盧熹, 張建潤,等. CK1416數(shù)控車床整機結(jié)合面動力學(xué)特性建模與仿真[J]. 精密制造與自動化, 2003，13（1）：3032[16] 劉偉, 高維成, 于廣濱,等. ANSYS [M]. 北京。最后感謝和我共度大學(xué)四年美好生活的機械學(xué)院2007級機自05班的同學(xué)們。他們是我生命中永遠的依靠和支持，他們無微不至的關(guān)懷，是我前進的動力，他們的殷切希望，是我奮斗的源泉。他們傳授我專業(yè)知識，幫助我打開機械的大門，同時又給予我耐心的、具體的指導(dǎo)。在這篇論文的寫作過程中，我曾遇到一些困難，周老師給予了我很大的幫助，同時周老師一絲不茍的負責(zé)精神使我感受頗多。以上幾點可以成為改進和研究的方向。②主軸部件還包括密封圈、密封盤、卡盤。③同樣對主軸進行模態(tài)分析，得到主軸固有頻率和振型圖，然后做了一定的分析。本文作者催主軸部件的動態(tài)分析進行了一定的研究，完成的主要工作有：①查閱相關(guān)資料，了解數(shù)控機床主軸技術(shù)、模態(tài)分析原理和有限元方法的原理。用諧響應(yīng)分析可以更進一步分析主軸部件的動態(tài)特性。該分析使設(shè)計人員能預(yù)測結(jié)構(gòu)的持續(xù)動力特性，從而能夠驗證其設(shè)計是否能夠克服疲勞共振及其其他受迫振動引起的有害影響。通過模態(tài)分析得到主軸部件的固有頻率和振型圖，為進一步分析主軸部件的動態(tài)特性奠定了基礎(chǔ)，同時為進一步改進主軸部件提供了科學(xué)依據(jù)。第二階時彎曲變形加重，有稍微的扭轉(zhuǎn)變形。添加約束，首先對沉頭孔添加約束無摩擦約束，點擊Modal(A5）,然后按住Ctrl鍵依次選中6個沉頭孔平面，然后右鍵選中Insert和Frictionless Support，添加無摩擦約束完畢。需要注意的是，該方法輸出的復(fù)特征值(虛部為頻率)和實特征向量。在模態(tài)分析中一般忽略阻尼，但是如果阻尼的效果比較明顯，就要使用阻尼法，該方法主要用于回轉(zhuǎn)體動力學(xué)中。在結(jié)構(gòu)抵抗彎曲能力較弱時不推薦使用此方法，如細長的梁和薄殼。另外需要注意的是，該方法的子空間技術(shù)使用Power求解器和一直質(zhì)量矩陣，而且也不執(zhí)行Sturm序列檢查(對于遺漏模態(tài))，對多個重復(fù)頻率的模型可能會有影響。在用于實體單元和殼單元時，應(yīng)當(dāng)具有較好的單元形狀；在具有剛體振型時可能會出現(xiàn)收斂問題；需要相對較少的內(nèi)存。Block Lanczo法可以在大多數(shù)場合中使用，它是一種功能強大的方法，當(dāng)需要提取中型到大型模型(50000到10000個自由度)的大量振型(40)時,這種方法很有效。 主軸部件有限元模型主軸部件的材料設(shè)定為結(jié)構(gòu)剛，,，彈性模量為：200000Mpa，然后進行網(wǎng)格劃分，在左側(cè)點擊Mesh，對Sizing選項進行設(shè)定，設(shè)置為medium，然后進行Generate Mesh，獲得主軸的網(wǎng)格模型，有限元模型。這樣既可以得到一定的結(jié)果，具有一定的參考價值，同時又簡化了模型。這需要合理的確定等效彈簧和阻尼與相關(guān)的子結(jié)構(gòu)的聯(lián)接方式(即聯(lián)接布局和數(shù)目)，以及彈簧剛度和阻尼系數(shù)，要求建立精確的結(jié)合面等效動力學(xué)模型。這些結(jié)合部是屬于柔性結(jié)合部的。因此必須了解CHK32型數(shù)控機床主軸部件整體動態(tài)特性。動態(tài)特性包括模態(tài)分析及其相應(yīng)的振型和振動的響應(yīng)等?？芍皫纂A振型的頻率在0到1100Hz之間，可知這個頻率區(qū)間就是主軸箱的工作頻率區(qū)間，也就是主軸箱主要在這個頻率之間工作。第四階發(fā)生更加嚴重的彎曲變形。然后就是設(shè)定求解，設(shè)定模態(tài)分析階數(shù)為10，然后點擊Solve求解主軸前10階模態(tài)分析。主軸的材料設(shè)定位結(jié)構(gòu)剛，,，彈性模量為：200000Mpa，然后進行網(wǎng)格劃分，在左側(cè)點擊Mesh，對Sizing選項進行設(shè)定，設(shè)置為medium，然后進行Generate Mesh，獲得主軸的網(wǎng)格模型。首先用UG軟件根據(jù)主軸箱零件圖畫出主軸的三維視圖，然后導(dǎo)出IGES文件。綜上述可得方案4改進的效果最好，顯著的提高了箱體固有振動頻率和振型，對提高車床抗振性有很好的改善作用。同時改進方案4又提高了后面幾階的固有頻率，提高的效果非常明顯，說明改進方案大大的提高了主軸箱的剛度，而且方案4提高頻率的效果比方案3更加顯著。就是增大左右壁的厚度，增大至20毫米，這樣使得左壁和軸孔頂部的連接板厚度相同，減小了變形的可能，同時也是得剛度有所提高。改進方案提高了后面幾階的固有頻率，說明改進方案提高了主軸箱的剛度，在高階時表現(xiàn)的明顯，而且方案2提高頻率的效果顯著。方案1就是增大孔壁上肋板得厚度，將肋板厚度由10毫米增大至20毫米。 主軸箱理論固有頻率通過對主軸箱的模態(tài)分析，得到主軸箱的振型和固有頻率。由于低階模態(tài)對振動系統(tǒng)的影響較大, 并且越是低階影響越大，所以主軸箱正常工作時主要變形就是扭轉(zhuǎn)和彎曲，而且變形最嚴重的部分就是主軸孔附近，尤其是頂部。第二階發(fā)生彎曲變形，主要是軸孔附近，尤其是軸孔頂部。然后添加約束，首先對沉頭孔添加約束無摩擦約束，點擊Modal(A5）,然后按住Ctrl鍵依次選中6個沉頭孔平面，然后右鍵選中Insert和Frictionless Support，添加無摩擦約束完畢。首先雙擊Modal，建立新的模態(tài)分析系統(tǒng)，然后在Geometry上點擊右鍵選擇導(dǎo)入模型，從而導(dǎo)入箱體igs文件，然后就雙擊Modal進入分析界面。 主軸箱三維圖然后將igs格式的文件導(dǎo)入ANSYS Workbench進行網(wǎng)格劃分。首先用UG軟件根據(jù)主軸箱零件圖畫出主軸箱的三維視圖，然后導(dǎo)出IGES文件。梯度顯示。前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型，該模塊用于定義求解所需的數(shù)據(jù)，用戶可選擇坐標(biāo)系統(tǒng)、單元類型、定義實常數(shù)和材料特性、建立實體模型并對其進行網(wǎng)格劃分、控制節(jié)點和單元，以及定義耦合和約束方程等。為各單元在節(jié)點處的等效節(jié)點載荷的和。[11]③整體分析把所有單元的特性關(guān)系按一定的條件集合起來（變形協(xié)調(diào)條件、平衡條件等），構(gòu)成一組以結(jié)點變量（位移、溫度、電壓等）為未知量的代數(shù)方程組，引入邊界條件，求解方程就得到有限個結(jié)點處的待求變量。3)利用虛功原理建立各單元的剛度矩陣，即單元節(jié)點力與節(jié)點位移之間的關(guān)系。稱為應(yīng)變矩陣。這是單元分析的第一步。有限元離散化過程中的一個重要環(huán)節(jié)是單元類型的選擇，這應(yīng)根據(jù)被分析結(jié)構(gòu)的幾何形狀特點，然后考慮載荷、約束、計算精度等的約束和要求以及求解該問題需要的空間坐標(biāo)的等問題來選擇合適的單元類型。最后，按照保持節(jié)點位移連續(xù)即變形協(xié)調(diào)條件以及節(jié)點力平衡的方式把所有單元集合起來，就可以獲得整個系統(tǒng)的平衡方程組，在引入邊界約束條件后，就可以解方程組來獲得節(jié)點位移，然后通過計算得出各單元應(yīng)力。[10]當(dāng)前有限元法已由線性到非線性問題，如塑性分析和疲勞分析；由靜力分析到動力分析；由彈性力學(xué)的平面問題擴展到了空間問題、板殼問題，而且擴展到各個領(lǐng)域，如流體力學(xué)、電磁學(xué)、傳熱學(xué)等。有限元分析（PEA）的基本思想是用較簡單的問題替代復(fù)雜的問題后再求解。由此可以看出，原運動方程變?yōu)榱朔邱詈系姆匠探M。由振動理論，一個無阻尼系統(tǒng)的各階模態(tài)稱為主模態(tài)。()式中的為第階模態(tài)坐標(biāo)，可以理解為各階模態(tài)對響應(yīng)的加權(quán)系數(shù)。、分別為第r階模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼和模態(tài)振型。該系統(tǒng)的初始狀態(tài)為零，對方程()兩邊進行拉普拉斯變換，可得到以復(fù)數(shù)s為變量的矩陣代數(shù)方程 ()X (s)，F(xiàn)(s)是位移響應(yīng)與激勵力的拉氏變換由式()可以得到矩陣 ()反應(yīng)了系統(tǒng)動態(tài)特征，稱為系統(tǒng)動態(tài)矩陣或廣義抗阻矩陣，其逆矩陣為稱為廣義導(dǎo)納矩陣，也就是傳遞函數(shù)矩陣。傳統(tǒng)模態(tài)理論實質(zhì)是一種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程，對于一個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)經(jīng)離散化處理后，可由 N自由度線性定常系統(tǒng)的運動微分方程為: ()式中M、C、K分別表示系統(tǒng)的質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣，均為N階矩陣通常為實對稱矩陣，X、f(t)表示系統(tǒng)各點位置上的位移響應(yīng)和激勵力向量。模態(tài)分析的基本原理是:將線性定常系統(tǒng)振動微分方程組中的物理坐標(biāo)變換為模態(tài)坐標(biāo)，使方程組解耦，成為一組以模態(tài)坐標(biāo)及模態(tài)參數(shù)描述的獨立方程，以便求出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。模態(tài)分析方法是目前工程技術(shù)中采用的解決多自由度振動問題最為普遍的方法。、分別為對稱循環(huán)、脈動循環(huán)以及靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力。對于一般的鋼制的軸可用第三強度理論即最大切應(yīng)力理論求出危險截面的當(dāng)量應(yīng)力，其強度條件為式中是危險截面上彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，是扭矩T產(chǎn)生的切應(yīng)力。則將雙支點軸當(dāng)作受集中力的簡支梁進行計算，然后繪制彎矩圖和扭矩圖，進行軸的強度校核。設(shè)計時，必須針對不同的情況確定軸的結(jié)構(gòu)。軸身的形狀和尺寸主要按軸頸和軸頭的結(jié)構(gòu)決定。由上式可得軸的設(shè)計公式 ()式中C是由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)[2]由上式計算出的直徑為軸受扭段的最小直徑，若該剖面有鍵槽時，應(yīng)將軸徑適當(dāng)放大，當(dāng)有一個鍵槽時增大4%~5%，若同一截面上開兩個鍵槽時，增大7%~10%，然后圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。先介紹兩種計算方法。對于受載大并要求尺寸緊湊、重量較輕和耐磨性要求高的重要軸，或者處于非常溫度或腐蝕條件下工作的軸，常采用合金鋼。碳素鋼強度雖然較合金鋼低，但是廉價，對應(yīng)力集中的敏感性低，故應(yīng)用較廣。主軸的特征參數(shù)有額定轉(zhuǎn)速、額定功率、最高轉(zhuǎn)速、額定扭矩、動平衡精度、主軸軸向竄動允許誤差、主軸穩(wěn)定工作溫升等。主軸設(shè)計的主要問題是為了保證所設(shè)計的軸能正常工作，必須通過強度設(shè)計保證其有足夠的強度，以防斷裂和過大的塑性變形；對于剛度要求，要進行