基于ANSYS的磨齿机组合立柱振动特性研究

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Study on Vibration Characteristic of Combination Column in Gear GrinderBased on ANSYSSUN Guodong ，LI Huan ，ZHA0 Daxing ，PENG Ling(1.School of Mechanical Engineering，Hubei University of Technology，Wuhan Hubei 430068，China；2.Yichang Changji Machine Technology Co.，Ltd.，Yichang Hubei 443003，China)Abstract：The column is one of the most important support components in gear grinding machine，its dynamic characteristics im-pact on the gears g nding accuracy directly.Taking the combination column as the research object，modal analyses for the combina-tion column and its parts were made，SO their natural frequencies and vibration modes were goten. The diference between the wholestudy of the combination column and the independent research about the constituent parts was explained.It provides theory basis forthe subsequent research about the gear grinding machine。

Keywords：Gear nding machine；Combination column；Lathe bed；Modal analysis随着科学技术和经济的发展，齿轮加工业对于齿轮加工机床的性能要求不断提高，向着高速、高精度、高效率的方向飞速发展，对机床的设计生产提出了更高要求。组合立柱由立柱和中床身两部分组成，对于高精度磨齿机，为了保证其安装或定位精度，有时需要对床身或立柱进行再加工 ，但是庞大的床身和立柱成型后都不便于加工，而使用组合立柱可以很好地解决这类问题，它的使用方便了加工同时也能够提高安装定位精度，减少齿轮磨削的机械误差。

国内有很多人对机床立柱做了研究，朱林波等通过对立柱结构频率的灵敏度分析，完成了立柱结构的优化设计 。；王学林等引入用户自定义单元模拟结合面的刚度，分析机床固定立柱和底座结合面的刚度对机床模态的影响 ；牛涛等人对立柱进行静态和动态分析，得到立柱静动态特性，分析不同筋板形式对立柱静态性能的影响 ；杨曼云等对大型立柱进行定性和定量分析，完成对立柱性能的预测和评估 。他们研究的立柱均为整体式立柱，对于组合立柱 (见图1)均还未做深入研究。

图 1 组合立柱结构示意图作者利用 ANSYS有限元软件对磨齿机的组合立柱以及立柱和中床身分别做模态分析，求得了它们的固有频率和主振型，通过比较得到组合立柱的基本特性 。

1 有限元模型建立立柱与中床身的材料为 HT300，弹性模量 E为收稿日期：2012-O4-01基金项目：湖北省自然科学基金资助项目 (2010CDB03102)；武汉市青年科技晨光计划项目 (201150431128)；湖北侍育厅优秀中青年人才项 目 (Q20121408)作者简介：孙国栋 (1981-)，博士，副教授，研究方向为数字化设计与制造、产品质量视觉检测等。E-mail：sgdeagle###163.tom。

第 9期 孙国栋 等：基于 ANSYS的磨齿机组合立柱振动特性研究 ·123·表 2 立柱与中床身的静动态分析结果2.3 立柱模 态的分析比较通过上述对立柱的模态分析和对立柱与中床身的整体模态分析，知道了它们的前6阶振动的综合变形、固有频率和相应的振型，对上述结果进行相应的比较 ，结果见表3、4。

表 3 综合变形比较表 3给出了这两种情况下综合变形的变化情况，前 6阶变形都有所下降，下降幅度分别为 1.8%、5.0% 、3.7% 、1.4% 、4.8% 、22.0% 。

表 4给出了在这两种情况下 固有频率的变化情况，前6阶固有频率也均有所下降，下降幅度分别为7.4% 、20.2% 、9.9% 、1.4% 、4.3% 、10.6% 。

通过上面的分析得到了组合立柱和立柱的固有频率和振型，通过比较发现组合立柱的固有频率和综合变形较立柱低，说明组合立柱和立柱间的固有特性存在差异，主要原因是物体的固有频率是由物体的结构、大型形状等因素决定的。组合立柱由立柱和中床身组成，它在立柱的基础上固连了中床身成为-个整体，改变了立柱的大型结构，因而组合立柱的固有特性也会发生改变。组合立柱并非-个整体，而是通过螺栓联接起来的，因此在求解组合立柱的固有特性时还要充分考虑其组成部分的固有特性 ，加以对比，得到最为精确的固有值，为组合立柱的深入研究提供依据。

3 结论通过对立柱和组合立柱分别做模态分析，得N-者固有特性间的差异性，组合立柱的固有频率和综合变形均较立柱的有所下降，这是由组合立柱和立柱的大型结构决定的。由此可知，对磨齿机组合立柱和立柱分别做模态分析时结果会存在着差异性，因此 ，要获得较为准确的解就要综合考虑部件和整体的特性。通过文中组合立柱的分析，为磨齿机组合立柱深入和后续研究提供了理论依据。