主轴虚拟仿真实训

辽宁工程技术大学课程设计

辽宁工程技术大学《计算机仿真实训》报告班 级 机自13-2

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姓 名 刘松

指导教师 徐平

完成日期 2017-01-10

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任务书

一题目、主要内容和基本要求

 1 题目 车床主轴的建模与仿真

 2 内容和基本要求

1 设计一个车床主轴组件该主轴组件为具有如下性能参数的机床主轴

分析其功能要求确定主要结构。

2.绘制主轴组件的装配图。要求能够清楚表达出主轴组件主要结构并结合图对其工作过程进行说明。

3.画出主轴零件的三维实体模型并简要写出建模过程。

4.完成下列任务之一  1 画出主轴组件三维装配图及爆炸图 2对主轴进行静态特性应力、应变 3动态特性前三阶模态分析。

二、 上交材料

1.课程设计说明书1份 8000字正文10页左右。

三、成绩评定

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综合评定成绩 □合格总分≥60分 □不合格总分60分

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摘 要

车床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴、轴承和传动件齿轮或带轮等组成主轴部件。在机器中主要用来支撑传动零件如齿轮、带轮传递运动及扭矩如机床主轴有的用来装夹工件如心轴。除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外大多数机床都有主轴部件。主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。①旋转精度主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动见形位公差 主要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。②动、静刚度主要决定于主轴的弯曲刚度、轴承的刚度和阻尼。③速度适应性允许的最高转速和转速范围主要决定于轴承的结构和润滑以及散热条件。本文从主轴的设计三维建模组件装配有限元分析入手分析和优化主轴设计。

关键词 车床主轴三维建模有限元分析

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Abstract

Lathe spindle refers to machine drives the workpiece or toolrotating shaft . Usually by the spindle, bearings and transmissionparts (gear or belt wheel) composed of spindle parts. The machine ismainly used to support transmission parts such as gears, pulleys,transmission of motion and torque, such as machine tool spindle; someused for clamping the workpiece, such as in addition to spindleplaner, broaching machine and other main movement into l inearmovement of the machine tool , machine tool spindle.Most have motionaccuracy and stiffness of the spindle structure is an importantfactor in determining the processing quality and cutting efficiency.To measure the spindle performance indicators are mainly rotationaccuracy, stiffness and speed of rotation accuracy: adaptabil ity.Spindle rotation When the direction affects the processing precisionof radial and axial runout (see tolerances) , mainly depends on thespindle and bearing manufacturing and assembly quality. The dynamic,static stiffness, bending mainly depends on the spindle stiffness,bearing stiffness and damping. The allowable maximum speed:adaptability speed and speed range, mainly depends on the bearingstructure and lubrication, and cooling condition. This paper from themain design, 3D modeling, assembly, finite element analysis, analysisand optimization of spindle design.

Key words: lathe spindle,3D modeling, finite element analysis

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目 录

1主轴与各项分析作用的确定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

1 .1机床主轴的作用和功能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

1 .2机床主轴的发展方向和历史变革. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

1 .3计算机仿真和有限元分析对主轴设计的影响. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

1 .4有限元分析的作用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1 .5仿真设计和有限元分析的软件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

2主轴. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

2.1主轴建模过程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

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齿轮. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

4、装配过程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

5爆炸图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46

参 考 文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

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1主轴与各项分析作用的确定

1 . 1机床主轴的作用和功能

机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴、轴承和传动件齿轮或带轮等组成主轴部件。在机器中主要用来支撑传动零件如齿轮、带轮传递运动及扭矩如机床主轴而有的主轴则是用来装夹工件例如心轴。大多数机床都有主轴部件。主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。①旋转精度主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动见形位公差 主要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。②动、静刚度主要决定于主轴的弯曲刚度、轴承的刚度和阻尼。③速度适应性允许的最高转速和转速范围主要决定于轴承的结构和润滑以及散热条件。

1 .2机床主轴的发展方向和历史变革

20世纪30年代以前大多数机床的主轴采用单油楔的滑动轴承。随着滚动轴承制造技术的提高后来出现了多种主轴用的高精度、高刚度滚动轴承。这种轴承供应方便价格较低摩擦系数小润滑方便并能适应转速和载荷变动幅度较大的工作条件因而得到广泛的应用。但是滑动轴承具有工作平稳和抗振性好的优点,特别是各种多油楔的动压轴承在一些精加工机床如磨床上用得很多。 50年代以后出现的液体静压轴承精度高刚度高摩擦系数小

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又有良好的抗振性和平稳性但需要一套复杂的供油设备所以只用在高精度机床和重型机床上。气体轴承高速性能好,但由于承载能力小,而且供气设备也复杂主要用于高速内圆磨床和少数超精密加工机床上。 70年代初出现的电磁轴承兼有高速性能好和承载能力较大的优点并能在切削过程中通过调整磁场使主轴作微量位移以提高加工的尺寸精度但成本较高可用于超精密加工机床。

电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术它与直线电机技术、高速刀具技术一起将会把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件它包括电主轴本身及其附件电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、 内置编码器、换刀装置。

1 .3计算机仿真和有限元分析对主轴设计的影响

计算机仿真是一种描述性技术是一种定量分析方法。通过建立某一过程或某一系统的模式来描述该过程或该系统然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特征从而得出数量指标为决策者提供关于这一过程或系统的定量分析结果作为决策的理论依据。计算机仿真是一种描述性技术是一种定量分析方法。通过建立某一过程或某一系统的模式来描述该过程或该系统然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特征从而得出数量指标为决策者提供关于这一过程或系统的定量分析结果作为决策的理论依据。