机床主轴有限元分析报告
有限元轴承分析报告
轴模型有限元分析1101040431 车辆11-2 徐贞宇1、摘要本报告典型介绍了如何利用有限元分析工具workbench模拟部件受外力时变形及应力的详细过程，通过有限元分析可获得各种参数进而指导实践中设计的优化。
通过本文，我们对有限元法在现代工程结构设计中的作用、使用方法有个初步的认识。
2、背景意义该论文所分析的轴是固定轴承时所用的轴，这是一种常见的结构。
它的作用主要有两个：第一，约束轴承位置，保证轴承工作的稳定；第二，轴通过键与轴承链接来传递动力。
因此，无论从哪个方面来说，保证轴的稳定和受力平衡至关重，否则它就容易损坏。
为此，我们需要对该轴进行有限元分析，以此来确定轴的受力情况，从而进行合理的设计。
该轴的受力比较简单，主要是轴承通过键施加给轴力。
其结构如下：3、零件建模通过workbench的建模功能可以根据条件建模如图所示：4、零件参数及载荷4.1参数零件材料的各种参数如下：TABLE 21Structural Steel > Isotropic ElasticityTemperatureCYoung'sModulusPaPoisson'sRatioBulk ModulusPaShearModulus Pa 2.e+011 0.3 1.6667e+011 7.6923e+0104.2负荷零件材料的负荷为：只考虑作用到键侧面的力，左边键载荷6000N,右边键上载荷3000N。
在软件中的定义为：LoadsObject Name CylindricalSupportCylindricalSupport 3Force Force 2FixedSupportState Fully DefinedScopeScopingMethodGeometry Selection Geometry 1 FaceDefinitionType Cylindrical Support ForceFixed SupportRadial FixedAxial FreeTangential FreeSuppressed NoDefine By VectorMagnitude -6000. N(ramped)-3000. N(ramped)Direction Defined5、有限元分析5.1划分网格定义材料属性，进行网格划分。
CJK6132数控机床设计——主轴的有限元分析
广西工学院毕业设计（论文）任务书设计题目：CJK6132数控机床设计——总体方案设计及主轴的有限元分析系别：机械工程系专业班级：姓名：学号：指导教师：二O一五年三月十五日一、毕业设计（论文）的内容1、完成CJK6132数控车床总体设计方案，完成外观及尺寸联系图。
2、进行主要技术参数的确定，完成主轴及主轴组件的设计，绘制主轴零件图。
3、完成主轴的力学分析，建立主轴的力学模型，确定主轴的典型工况。
4、完成主轴的静态分析并。
5、完成主轴的动态分析。
6、完成主轴的模态分析。
7、试验方案的拟定。
二、毕业设计（论文）的要求与数据2、要求。
（1）根据总体设计方案，绘制总体外观图及联系图，完成整机三维建模。
（2）确定设计方案完成开题报告。
（3）进行主运动系统的设计,绘制主传动系统装配（床头箱展开）及相应零部件图。
（4）图纸量不少于折合4张A0。
（5）科技译文（不少于3000汉字）。
（6）编写毕业设计说明书一套。
（7）根据课题内容进行实习，并完成实习报告一份。
三、毕业设计（论文）应完成的工作如上要求四、毕业设计（论文）进程安排五、参考资料及文献查询方向、范围1 罗学科，谢富春. 数控原理和数控机床.北京：化学工业出版社，20032 陈蔚芳，王洪涛. 机床数控技术及应用.北京：科学出版社，20053 文怀兴，夏田. 数控机床系统设计.北京：化学出版社，20054 林宋，田建君.现代数控机床.北京：化学出版社，20035 CNC Technology and Progranming; [美]Steve Krar & Arthur Gill6 Smith S, Tlusty J. Currrent Strends in High Speed Machining. Journal ofManufacture Science and Technology,ASME,1997,37(8):664～6677 《机床设计手册》编写组编。
轴的有限元分析范文
轴的有限元分析范文有限元分析是一种数值计算方法，常用于虚拟设计与仿真领域，对于轴的有限元分析，主要用于研究轴的结构与性能，同时也包括轴的强度、刚度、稳定性等方面的分析。
轴是机械设备中的重要组成部分，承担传动力、转矩或负载。
在许多工程领域中，例如汽车、船舶、飞机、机械制造等，轴的设计与分析至关重要。
有限元分析可以为轴的设计提供大量的有关应力、应变、变形等信息，从而优化轴的设计，并确保其安全可靠的工作。
在进行轴的有限元分析时，首先需要将轴的几何模型离散化为有限数量的单元，如线单元或曲面单元。
然后，在每个单元中，根据轴材料的性质和受力情况，建立适当的有限元模型。
在建立有限元模型时，需要确定单元的类型、单元的尺寸、单元的材料特性、单元之间的连接关系等。
另外，轴的边界条件也需要在有限元模型中考虑。
例如，如果轴的两端有固定止动装置，则可以将这些固定点设为边界条件。
根据轴的应力分布情况，也可以在适当的位置施加力或约束。
这些边界条件对于准确模拟轴的实际工况非常重要。
有限元分析的核心是解方程组，根据有限元模型和边界条件，可以得到轴的应力、应变、变形等参数的数值解。
这些解可以帮助工程师了解轴的强度、刚度、稳定性等方面的问题，并进行必要的优化设计。
此外，有限元分析还可以考虑轴的材料非线性、温度效应、接触问题等。
轴的材料非线性可以通过引入材料本构模型来进行描述，温度效应可以通过考虑热应力和热变形来分析，接触问题可以通过考虑轴与其他部件之间的摩擦、干涉等来模拟。
总的来说，轴的有限元分析是一项复杂的工程计算工作，需要工程师在建立有限元模型、选择加载条件、设置边界条件等方面具备专业的知识和经验。
通过轴的有限元分析，可以为轴的设计与优化提供可靠的工程依据，提高轴的性能和可靠性。
车床主轴箱体有限元分析和加工工艺设计毕业设计 精品
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日
导师签名：日期：年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
作者签名：日期：
指导教师签名：日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
数控车床主轴力学特性的有限元分析方法
（上接第２４５页） 为了解决旋转液压缸１３．１串油或单向阀９．１卡死时 引起的问题，增加了保压回路００２，保压回路００２由 小功率定量泵单独供油，且在保压回路中选用具有卸 荷功能的换向阀５，这样在泥炮打泥时保压回路为旋 转液压缸保压，即使旋转液压缸１３．１串油或单向阀 ９．１卡死，仍能使泥炮嘴紧压在泥套上，完成本次周 期，消除了安全隐患，保证了高炉的连续生产。在泥 炮打泥完成后，定量泵可以通过换向阀５直接卸荷， 减少了系统发热，提高了元件的使用寿命。（２）为 了解决液控单向阀卡死时带来的问题，在液控单向阀 前后各设１个常开球阀１．９和球阀１．１０，且在液控单 向阀的进、出油口之间并联常闭球阀，这样在液控单 向阀出现问题时，可以通过关闭球阀１．９和球阀 １．１０、打开球阀１．１１来使本次操作顺利完成，保证 了高炉的连续生产。 ３结论
限元分析［Ｊ］．力学与实践，２００７，２９（２）：５４—５６．
万方数据
【２】陈玉瑜，芮执元．用传递矩阵法分析机床主轴动态特 性［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２００７（３）：２３
—２５．
【３】王刚，郭茂林．航天航空滚动轴承刚度［Ｊ］．哈尔滨 工业大学学报，２００１。３３（５）：６４４—６４５．
【４】杨美英．数控机床主轴组件设计及刚度计算［Ｊ］．机 械．【程与自动化，２００４（２）：７１—７２．
对于主轴结构的静态和动态特性分析，目前常用 的方法主要有解析法和有限元法…。应用解析法分析 时，为了简化计算，需要进行较多的假设，计算精度 不高口１。应用有限元法计算时，现有方法存在以下不 足：（１）静态和动态分析采用相同的单元类型；（２） 不考虑轴承刚度对分析结果的影响。众所周知，采用 有限元法求解问题时，建模方法非常关键，模型的建 立是否合理对求解结果的影响很大。其一是针对特定 的求解对象，单元类型的选择是否合理。比如机床主 轴刚度分析宜采用梁单元进行求解，而模态分析宜采 用实体单元求解。其二是边界条件的考虑是否合理。 机床主轴通过轴承安装在机架上，而轴承是弹性体， 不能将其假设为刚体进行求解。
机床主轴有限元分析
施加约束
施加载荷
机床主轴模态分析
求解固有频率和振型
结构的振动在ANSYS中表现为各阶振型的线性叠 加，其中低阶振型比高阶振型对结构的振动影响 大，故进行结构的振动特性分析时通常取1 ～5 阶即可。
机床主轴模态分析
一阶振型如图：
机床主轴模态分析
二阶振型
机床主轴模态分析
三 阶 阵 型
机床主轴模态分析
机床主轴有限元分析及优化设计
。
不机床主轴相连接的结构示意图
2D示意图 M1、M2处 为弹性支承 位置
主轴连接结构与二维图形
ANSYS三维建模
主轴外观图
Solid92单元材料 参数为：弹性模量 (N/m）2.06e11； 泊松比0.28；密度 7800。
单元类型选择和网格划分
机床的加工精度， 径向刚度主要受到主轴的 跨距材料物理性能结构尺 寸等因素的影响。 从图中可以看出径向力主 要造成主轴前端悬伸部分 的变形，可推断主轴前端 悬伸量是影响主轴静刚度 的主要因素。通过减少伸 出量来增加主轴系统的静 刚度。
一阶 优化前 优化后 二阶 三阶 四阶 1537.6 3034.85 五阶 1809、 2 3562.3
612.01 612.15 1537.2 1523.3 1523.9 3034.76
机床主轴优化设计
因此优化后的主轴在工作过程中更远离共振发生 的区域，更安全。
四阶振型
机床主轴模态分析
五阶振型
机床主轴模态分析
由上可知：上面图型可以看出，主轴在这五个 阶段，发生了弯曲变形。主轴以弯曲变形为主， 同时也发生轴向变形。弯曲是主轴的主要振动。 由于采用近似的线性模型(包括材料特性的线 性化和有限元模型的线形化)，因而在阶数越 低的情况下对主轴进行的理论分析值不实验测 得的值就越接近，而在高阶部分就误差越来越 大。
基于ANSYSWorkbench机床主轴有限元分析
基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ机床主轴有 限元分析
方 鹏， 李 健， 韦 辽
（ 广西工学 院机械工程系 ， 广西 柳州 ５ ４ ５ ０ ０ ６ ）
研究进展［ Ｊ ］ ． 机械设计与制造 ， ２ ０ ０ ９（ １ ０ ） ： ２ ５ ９ — ２ ６ ０ ．
分析 ， 得 到应 力 和应 变 分布情 况 。通过 对 主轴进 行设
京： 河海大学 ， ２ ０ ０ ７ ．
计， 得 出优化后的主轴 比优化前 的主轴体积更小 、 性 能更好 ，提高了机床 的工作性能 ，减轻 了主轴的 自
［ ４ ］ 周 大帅 ， 伍 良生 ， 李 俊． 机床 主轴 系统化热 态及 变形特 性
限元计算结果的分析 ， 得到应力和应 变分布情 况。通过设计 ， 提 高了机床 的工作性 能 ， 减轻 了主轴的 自重 ， 节省 了材料 ，
降低 了成 本 。
关键词 ： 机床 ； 主轴 ； Ａ ＮＳ ＹＳ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ； 有限元分析 中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ７ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ３） ０ ４ — ０ ０ ２ ８ — ０ ３
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ １ — １ １ 作者简介 ： 方 鹏（ １ ９ ８ ６ ＿ ， 男， 硕士研究生 ， 研究方 向： 机械设计 及理论 ； 李 健（ １ ９ ６ ５ 一） ， 男， 教授， 主要 从事数字化 设计与制造方 面的研 究 ； 韦 ｉ ￣ ． （ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 男， 硕士研究生 ， 研究方 向： 机械设计及理论。 ２ ８
数控卧式重型车床主轴的有限元分析
，
，
。
有 限 元 法 的基 本 思 想 有 限元 法 是 在 差 分 法 和 变 分 法 基 础 上 发 展 起 来 的
一
主 轴 在 重 载 作 用 下 仍 然 具 有 足 够 的 刚性
置 了 静 压 托架
3 2
．
，
花 盘 的下 方 设
。
。
主 轴 箱结 构 简 图 如 图
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所示
种 数值 方 法 ”] 它 的 基 本 思 想 可 归 结 为 两 个 方 面
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式重 有 数控卧 型车床主轴的 限元分析
熊顺 源
( 江 汉 大 学 机 电与 建 工 学 院 武 汉
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机床主轴有限元分析
基于ansys的机床主轴有限元分析摘要：随着高速数控机床的不断发展，对数控机床主轴的性能要求也开始逐渐提高。
机床主轴的动静态性能直接影响加工系统的精度和稳定性，因此，在设计阶段必须对其机床主轴进行相关的性能校核。
利用有限元分析软件ANSYS对某机床主轴进行相应的分析，对其性能进行研究。
关键词 :ANSYS，主轴，有限元分析。
研究内容
问题描述：机床主轴材料为45号钢，弹性模量为2.06×105N.mm2，泊松比μ，几何参数如下图。
为3.0
=
图 1 主轴示意图
主轴静态特性的基本概念
主轴的静态特性反映了主轴抵抗静态外载荷的能力,静力学分析实际上是为了得到机床主轴在一定静态载荷作用下所产生的变形量。
在实际生产条件下,机床的主要失效形式大部分是由于机床的刚度不足而引起。
所以主轴静刚度的计算就显得尤为重要。
所谓的主轴静刚度实际上就是主轴的刚度,是机床主轴一个非常重要的性能指标,它直接反映出主轴负担载荷与抵抗振动的能力。
如果主轴的静刚度不足,主轴在切削力的作用下,会产生较大的变形量,并可能引起振动。
这样不仅会降低机床的加工精度、增大加工工件表面的粗糖度;也会对轴承造成较大磨损,破坏主轴系统的稳定性。
因此,主轴的静刚度是衡量机床性能的重要指标。
主轴的弯曲刚度的定义可以理解为:使主轴前端产生单位径向变形时,变形方向上所需施加的力F,即:
主轴的静刚度,分为轴向静刚度与径向静刚度,上面提到的弯曲刚度实际上就是径向静刚度。
通常情况下,轴向刚度没有弯曲刚度重要。
弯曲刚度是衡量主轴刚度的重要指标,通常用来代指主轴的刚度。
1. 主轴有限元模型的建立及边界条件的处理
为了真实、准确、有效地对主轴进行特性分析,需要对机床主轴进行相应的简化。
对主轴的简化应该遵循以下原则:
(1)忽略对分析结果影响不大的细小特征,如倒角、倒圆等;
(2)对模型中的锥度和曲率曲面进行直线化和平面化的处理;
(3)忽略对主轴静态特性影响不大的零部件结构。
在建立主轴的三维模型时可以采用两种方式。
一种方法是在三维实体造型软件中建立三维模型,然后导入到ANSYS软件中;另外一种方法是直接在ANSYS软件中建立，有限元分析模型。
两种方法各有利弊,适用于不同的情况。
本文选择先在通用三维设计软件PRO/E软件建模，如图所示
图 2 主轴三维模型
将其导入到ANSYS中进行力学分析，导入后模型如图所示
图 3 主轴ANSYS模型
划分网络
设置网络：单击→preprocessor→meshing→meshtool,如图所示，在弹出的对话框如图meshtool中选择smartsize,6级精度，单击mesh,选择所要划分的主轴。
图 4 主轴网格模型
进入求解器，施加边界条件及计算
采用弹黃阻尼单元等效轴承时,需将轴承简化为沿机床主轴周向均匀分布的四根弹篑支承,主轴系统中含有前后两个轴承,因此共需设置8根弹黃支承。
这些弹黃苹元共有8个内圈节点和8个外圈节点,对于内圈节点,约束其轴向自由度;对于外圈节点,约束其所有的自由度。
由于本文中不考虑轴承的交叉刚度和交叉阻尼,因此不采用交叉弹簧的布局。
将切削力加载到机床主轴的轴端,注意加载方向要通过加载平面的圆心,以保证加载的准确。
建立完成的三维有限元静力分析模型中共含有24164个单元,27428个节点
图 5 主轴加载示意图
单击main menu/preprocessor/solve/current ls，经过一段时间后，弹出一个命令框（如图23所示），显示‘solution is done!’,至此求解完毕。
图 6 计算结束示意图
计算结果分析
1.仿真计算分析
加载力F（N）50 100 150 200 300 400 500
1.5 3 4.5 6 9 12 15 有限元中的变
形量δ（µm）
图 7 变形云图
可以看到主轴的变形主要发生在主轴的前端部分,后面变形较小。
而主轴的主要变形方向沿着Z轴的负方向,主轴的最大变形和最小变形的方向相同,因此可以判定主轴发生弯曲变形。
结论
本文主要介绍了主轴静态特性的基本概念、有限元方法在求解问题中的相关理论方程和ANSYS有限元分析软件的基本分析流程。
重点介绍了利用ANSYS软件建立机床主轴的三维有限元分析模型的方法 ,最终得到较为精确的主轴有限元分析模型,并对主轴的静刚度进行了研究。
参考文献
[1] 廖日东，《有限元原理简明教程》
[2] 濮良贵，纪名刚，机械设计[M],高等教育出版社
[3] 付华主轴部件的动态特性分析及动力修改
[4]朱江洪不同预载下的球轴承变形的程序设计
[5]簧旭东主轴部件的静态特性实验研究。