伯特利数控 加工中心  钻攻中心  

 前言：

主轴箱为立式加工中心的重要部件，其动静态特性直接影响到整机的加工质量，故有必要对主轴箱展开有限元分析以了解其动静态特性M;另外，主轴箱长期处于高速运作下，则须对主轴箱结构进行合理的优化以减少其质量来降低磨损和能耗w,目前，在主轴箱结构的优化设计方面取得了一定进展，文献&]提出了可以通过在主轴箱箱体的薄弱环节增加加强筋来提高主轴箱的刚度，减少响应位移。文献H对某型号加工中心主轴箱进行了静力学有限元分析，在保证强度与刚度基本不变的前提下，对主轴箱的原设计结构进行了相应改进。但都难以确保主轴箱的动静态特性与质量得到合理的优化。采用拓扑优化方法对主
轴箱结构进行优化改进成为了设计机床时的环节
文中利用SolKlWm'ks软件建立了主轴箱的实体模型，根据载荷分析结果，选择在铣削工况下的负荷当做其边界条件，结合实际情况对其添加相应的边界约束，应用ANSYS Wm.kheni.h软件对主轴箱展开静动态特性分析。基于ANSYS Workbench中拓扑优化模块对主轴箱结构进行了合理的优化改进，在保证主轴箱静动态特性的前提下，优化了其结构、减轻了其重量，该方法对于具有较高加工精度要求机床的优化设计具有一定的指导作用,
1主轴箱有限元模型的建立
三维实体模型是网格划分的基础，建立的结构模型是否合理对网格划分的质量有着直接的影响。由于ANSYS Workbench在复杂模型的建立上还比较困难,所以，本文使用SolidWorks软件建立主轴箱结构的三维实体模型，然后,借助两者间无缝连接的优势直接导入ANSYS Workbench中转化为有限元模型。在创建实体模型的过程中，为了有利于后续有限元分析的开展,考虑到一些小特征对整体模型的动静特性影响较小，根据圣维南原理，对部分局部特征进行了合理的简化,去掉细小特征如圆角、螺钉孔等M。
主轴箱属于铸件，其采用的材料为HT300,弹性模量为143GPa,泊松比为0. 27,密度为7300 kg/m3。一般网格划分越细，计算所得到的结果越精确，当然，耗时也越长，利用ANSYS Workbench的有限元处理工具可以对模型进行几种不同的网格划分功能，但考虑到主轴箱结构比较复杂，故采用自动网格划分的方法对其设置以四面体为主的划分方式。通过反复调试影响网格质量的参数指标，得到了理想的结果，生成110361个节点乂烈艽个单元。主轴箱结构的有限元模型如图1所示。

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结束语：

(1) 基于•法则和雨流计数法，分别建立了定载荷和随机载荷下的疲劳分析模型，得到了其等效应力云图、寿命分布云图、安全系数云图及疲劳敏感度云图、雨流矩阵云图及疲劳损伤矩阵，这为发动机连杆的疲劳强度分析提供了方法。
(2)发动机连杆的小头与杆身连接处应力、寿命最短、安全系数，并且随机载荷对连杆的影响较恒定载荷更大，该载荷使连杆寿命更短，承受应力更大，同时也加速了连杆的疲劳破坏，为连杆的设计与制造提供了理论依据。

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