基于ANSYS_PDS模块的高速电主轴刚度可靠性分析

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基于ANSYSPDS拈的高速电主轴刚度可靠性分析收稿日期:2011 － 02 － 25
基金项目:国家科技重大专项课题基金资助项目( 2009ZX04014 － 014)
基于 ANSYS /PDS 拈的高速电
主轴刚度可靠性分析
何雪浤， 蒋彦收， 孙志礼
( 东北大学 机械工程与自动化学院， 辽宁 沈阳 110004)
摘要:为研究高速电主轴刚度可靠性问题， 应用 ANSYS 软件将蒙特卡洛法与随机有限元法相结合对高速电主轴关键零部件进行了
刚度可靠性分析 通过选择高速电主轴的多种设计参数作为随机输入变量， 提出了-种高速电主轴刚度可靠性分析的步骤和方
法， 并得出了高速电主轴刚度的可靠度数值和各随机参数的灵敏度图 灵敏度数值; 在此基础上， 探究了各随机参数对高速电主轴
刚度可靠性的影响 研究结果表明， 该研究为进-步提高高速电主轴刚度可靠性提供了参考
关键词:高速电主轴; 可靠性分析; ANSYS; 灵敏度
中图分类号:TH122;TH161;TG5 文献标志码:A 文章编号:1001 － 4551( 2011) 06 － 0645 － 03
High- speed motorized spindle reliability analysis of rigidity
based on ANSYS /PDS module
HE Xue- hong，JIANG Yan- shou ， SUN Zhi- li
( School of Mechanical Engineering ＆ Automation，Northeastern University，Shenyang 110004，China)
Abstract: In order to study the problems of high- speed motorized spindle reliability about rigidity，the method with the PDS of ANSYS proce-
dure and the Monte Carlo method were applied to the stochastic finite element method. A variety of design parameters as high- speed motorized
spindles random input variables were selected，the method and process of high- speed motorized spindle reliability analysis of rigidity were
proposed，the high- speed motorized spindle reliability and each random parameter sensitivity chart and the sensitivity value have been ob-
tained. Based on this，the influence of high- speed motorized spindle reliability of various parameters was inquired. The results indicate that
it can provide the reference to enhance the high- speed motorized spindle reliability.
Key words: high- speed motorized spindle; reliability analysis; ANSYS; sensitivity
0 引 言
高速电主轴作为加工中心核心部件， 其工作性能
对机械加工的精度 工件的表面质量 加工中心的有效
寿命等有着不可小视的影响， 高速电主轴的转速-般
在10 000 r /min 以上， 高速电主轴的微小不平衡量都
会引起巨大的离心力， 造成加工中心的振动， 严重影响
机加工精度［1- 2］ 因此， 在进行加工中心的可靠性分析
时， 必须对电主轴进行可靠性分析
近年来， 国内外-些高校和科研单位对高速电主
轴的动静态特性进行了重点分析［3- 4］ 在国外， 美国普
渡大学的 Bert R. Jorgensen 和 Yung C. Shin 推出了-
个包括热变形的轴承载荷变形模型， 并与离散的主轴
动态模型结合在-起， 利用这-模型可以得到主轴和
轴承刚度较好的计算值 在国内， 广东工业大学的胡
爱玲利用 ANSYS 对高速电主轴做了动 静态特性的研
究， 四川大学的田华利用 ANSYS 对高速电主轴做了动
静态特性的研究
以上研究均未考虑随机参数的不确定性对高速电
主轴性能的影响， 本研究通过选择多种设计参数作为
随机变量， 探究了各参数对高速电主轴刚度可靠性的
影响， 为提高高速电主轴工作可靠性提供了参考