新型动力卡盘动力学分析

机械2007年第12期总第34卷设计与研究新型动力卡盘动力学分析卢学玉(江南大学机械学胱,江苏无锡214122)搞婴:动力卡盘是机床上使用的一种重要附件,随着歉控机床主籼转速的不翻提高,卡螽的动和噪声己经引起人们足够的重视。为了保证卡盘具有足够的附度,保证零件的最终加工精度,必须对卡盘进行结构静力分析和动棋态分析从中找出髟响卡盘刖度的主要环节。釆用三维CAD建立了动力卡盘的实体模型、利用有隈元分析軟件对卡体进行动力学分析遁过棋态分析确定结构在无尼、自鹵动条件下的阓有頻率和有型。最后根据棋态分析结票提出了姞构改进方素关鍵词:新型动力卡盘;有限元;棋态分析中图分类号:O347文献标识码:A文章编号:1006-0316(2007)12-0037-38Dynamic analyse of new style power chuckLU Xueg, Jiang Nan University, wuxi 214122, China)Abstract: Power chuck is an important accessory in machine tool. when spindle speed of machine tool is improved, quake andrumble already create enough attention we must run statical analysis and vibrating modal analysis for chuck so as to assure itnough stiffness and final working accury of parts. we can find key link affecting chuck's stiffness. This article uses 3D CADbuild up the modal of the power chuck and dynamic emulation analysis is run by FEA software program, using modal analysisto determine natural frequency and mode in condition of undamp and free quake. At last, the improved design is presented basedon the object of modal analysKey words: the new style power chuck; finite element; modal analysis振动现象是机械结构系统常遇到的问题之一。盘体的构造比较复杂,如何构造其有限元计算大部分结构系统都不希望有振动现象发生,振动会模型,并能较为精确地计算出其固有频率和相应的造成结构疲劳而破坏。然而结构本身具有某种程振型显得尤为重要,对盘体进行模态分析,为盘体度的刚性,故其固有振动频率及模态是机械结构设的动态响应和动力修改提供可靠的动力学模型,如计必须了解的特性之一。模态是机械结构的固有振图1所示。动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型2。进行模态分析就是求出结构的固有振动特性,避免外力频率和结构固有频率相同,防止共振现象随着对卡盘研究的进一步深人,机床主轴高速转动情况下,卡盘的振动和噪声已经引起人们足够图1盘体简化前后模型的重视。卡体作为卡盘的一个重要部件,对其进行模态分析研究有着重要的意义。在模态分析中,由1中国煤化工于高频振动模态对结构运动的贡献很小而被忽略,HCNMHG三维几何模型。因此,在工程应用中只考虑若干低阶模态。动力卡盘盘体是具有一个对称面的结构,三个工字收稿日期:2007-08-02数辖玉(1974-),女,讲师,主要研究方向为机械设计与理论。设计与研究机被2007年第12期总第34卷槽对称分布,以2对称面为界取结构的1/3建立有到卡体的自由振动频率表1所示,卡体的振型如图限元模型,大大降低模型规模,减小工作量,节省3所示时间。定义周期对称分析选项。定义材料属性:弹表1频率分析结果性模量E=210GPa,比重p=7.9×103kg/m3。考 SET TIME/FREQ LOAD STEL" SUBSTEP CUMULATIVE虑到卡体的真实形状和在实际中起支撑作用,在模型中使用三维壳单元来计算,对其实体模型进行网3格划分,建立其有限元模型如图2所示。节点总数12360为24521,单元总数为11597345678901220.4581l1lll123.932由于卡体所受载荷的频率一般较低,卡体的振动是低阶模态起主导作用,而高阶模态对机体的振图2卡体实体单元网格模型动影响较小,因此取几阶低阶模态进行分析。结果2加载井求解表明卡体频率较低,属于刚度薄弱部件,在外界低频激励的激励下,可能激起其振动,因此应加强其选择类型为模态分析,利用兰索斯法求解,得刚度。最后确定选择40C(a)第一阶振型(b)第二阶振型(c)第三阶振型图(d)第四阶振型wYSI(e)第五阶振型(f)第六阶振型(g)第七阶振型(h)第八阶振型(i)第九阶振型(j)第十阶振型(k)第十一阶振型(1)第十二阶振型图3卡体振型图本文论述的卡体有限元模态分析模型可用于产中国铁道出版社,200品的振动分析、频率分析、噪声分析以及卡体的响2H孙大应分析和老产品的改进设计中。CTYH中国煤化工业出社:200[3]王官动控制CNMHG的皮用声与参考文献4陈正宗,林信立,等.有限元分析与工程实例台北:北门出版]陈精一,蔡国忠电脑辅助工程分析: ANSYS使用指南M]北京:社,1996