精密成形磨齿机砂轮主轴系统的结构优化分析

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精密成形磨齿机具有磨齿精度高、万能性好、可以磨削不同齿形的齿轮的特点，其批量生产磨齿精度为(5 )级，最高磨齿精度可达(3 2)级，发展较陕。目前，国外某公司ZE系列 CNC成形磨齿机、国外某公司S-G系列万能型 CNC成形磨齿机等代表了世界先进水平，某厂自主研发的国内最大规格的精密成形磨齿机 YK73125代表着国产成形磨齿机的最高水平1Jc主要研究精密成形磨齿机的砂轮主轴系统的静动态特性，并提出了相应的改进优化措施。

2建立分析模型研究的砂轮主轴系统的结构，如图1所示。它是机床的核心部件之-，它的前端安装有砂轮，直接参与磨齿加工，对加工精度、表面粗糙度和生产率的影响很大。砂轮主轴单元的静动态性能如静刚度、临界转速以及结构振型等，在很大程度上决定着机床的性能。而决定砂轮主轴的静动态性能的结构因素主要有前端悬伸量、支承跨距以及轴承布置等。

图 1精密成形磨齿机的砂轮主轴系统Fig.1 The Wheel Spindle System of Precision FormingGrinding Machine在建立主轴系统有限元分析模型闭时，作如下简化：(1)忽略通气、通油孔、螺钉等-些细小的结构；(2)将砂轮主轴系统作为来稿日期：2012-05-15基金项 目：国家科技重大专项(2010ZX04014-015)作者简介：张 超，(1988-)，男，陕西人，硕士研究生，主要研究方向：机床主轴结构研究No.3M8r.2013 机械 设 计与 制造 l13处，受到较大的压轴力，可以通过选择适当的支承跨距来降低其对主轴前端的影响。分析模型是在带轮处作用力 F，然后不断地调整主轴跨距，通过有限元计算得到砂轮A处的位移 ，如图 7所示。由图 7(c)可以看出对于三联和四联组配支承来说选择 0.17m和 0.15m的支承跨距最为合适。

. -1IIl--1II - T。 T图6同轴度误差出现在不同位置时的应力分布Fig.6 The Stress Distribution when Coaxial Degree ErrorAppear in Diferent Position(a)四联轴承分析模型 (b)三联轴承分析模型fr 三联轴霹i l l L- ～ / - -轴承跨距(n1)(c)分析对比结果图7支承跨距分析对比Fig.7 Support Span Analysis Contrast4模态分析(a)四联轴承模态分析(b)三联轴承模态分析(c)四联轴承跨距减(45mm)模态分析图8不同支承结构模态分析Fig.8 Modal Analysis in Different Supposing Structures表 2模态分析结果对比Tab.2 Modal Analysis Results Comparison当砂轮主轴的工作转速在其临界转速附近时，砂轮主轴会发生共振，产生过大的加工误差严重时还会导致主轴或者轴承的损坏，因此要避免这种情况的发生。砂轮主轴设计的工作转速为3000r/min，必须确保主轴工作转速不在临界转速附近。选用Block Lanczos模态提取法计算得到的主轴在不同支承情况下的前三阶模态及其振型，如图8、表2所示。通过计算可知主轴的 1阶频率在 200Hz附近，即临界转速约为 12000r/min，设计的主轴工作转速较好地避开了共振区，可以保证主轴的稳定运行。通过对比不同支承方式下模态分析结果，可以发现四联轴承的固有频率高于三联轴承，而减戌距可以适当的提高系统固有频率，但三种支承方式的振型是-致的，并没有随支承方式的改变而改变。

5结束语对精密成形磨齿机的砂轮主轴部分的分析研究，首先对现有结构的可行性进行了理论验证，明确了使用四联匹配轴承支承方式的合理性，以及其动力牛寺.陛。另外，在未来结构的进-步优化方面做出了有益的探索，包括在结构允许的情况下支承跨距还可以在减小 ；如果要进-步提高工作效率，可以选择极限转速更高的三联组配方式等。