主轴系统是机床发生振动的要害部件，分析主轴的动态特性可以了解机床的抗振才干和变形方法。分析中将主轴与支撑轴承简化成一个弹性系统，一同将主轴旋转发生的离心力当作结构的预应力，该方法为主轴类零件的动态分析供应了新的思路。

　　导语

　　本文以数控自动上下料立式机床主轴系统为研讨方针，研讨主轴结构规划对主轴系统的稳定性和抗振才干的影响。将主轴与支撑轴承简化成一个弹性系统，将主轴旋转发生的离心力当作预应力来进行分析，为主轴类零件分析供应了新的分析思路。

　　有限元方法被广泛应用于机械工程类的分析核算中，本文对机床主轴进行有限元分析首先需求建立主轴的有限元模型，包括对主轴模型设定资料参数、区别网格和施加边界条件，其间边界条件可以考虑轴承的支撑要素，即在轴承支撑的方位添加具有刚度值的弹性捆绑条件。运用有限元方法我们可以对主轴进行模态分析与谐呼应分析。

　　1、主轴模态分析

　　当主轴翻滚时，质心会偏离轴线使轴发生方向周期性改动的惯性力，这一惯性力是激起轴的横向振动的主要原因。当主轴转速挨近或通过自身临界转速时，其振动会显得失常剧烈。模态分析可以判定安排的固有频率和振型，从而避免主轴作业时发生过大振动。

　　主轴作为分析研讨的方针选择了两种规划结构，一种是长轴结构另一种是短轴结构。可以看出，长轴结构规划中的主轴归于细长轴，长度为736mm。而第二种规划的空心短轴中轴长度明显减小到280mm，直径相对增大。可以看出这两种方案中主轴结构的形状和标准都不相同，通过有限元分析可核算出结构的模态参数，对比效果判别哪种结构更优。

　　根据实践情况，主轴作业时要遭到其他部件的捆绑，也就是要设置相应的捆绑条件。轴承作为支撑主轴的部件，它的支撑刚度对转子系统的精度、抗振才干起着决定性作用。轴承对主轴的支撑即可仿照为主轴与轴承协作部位施加弹性捆绑(如图3所示)，一同在主轴上端有锁紧螺母和其他结构捆绑主轴的X、Y、Z向自由度。

　　轴承支撑参数的辨认有多种方法，如传递函数法、直接法等，本文运用已有阅历公式核算角触摸轴承的刚度。主轴轴承选用定位预紧方法，在已知预紧力的情况下，可近似求得角触摸球轴承的径向刚度Kr：

　　按照已知的参数对主轴的有限元前处理进行设定，根据捆绑条件施加弹性捆绑，为了考虑转子旋转时离心应力的影响需求给主轴设定一个转速，即带预应力的结构模态分析。分析得到两种结构主轴的前3阶模态效果。

　　由表1和表2可知，长轴的临界转速远小于空心短轴的临界转速。加工时的转速在3000r/min，空载转速为3500r/min，而长轴的低阶临界转速是3180r/min和3192r/min，由此可知，长轴加工时可能会发生较大振动，而短轴的临界转速远大于实践转速，避免了发生共振的可能。

　　2、主轴谐呼应分析

　　谐呼应分析是研讨物体遭到必定频率范围内激振力时发生的变形和应力改动情况，研讨方针主轴所遭到的捆绑条件与模态分析相同，施加载荷为60N·m的转矩。别离以长轴和短轴前端一点进行位移变形的数据搜集，采样距离4Hz，在转矩载荷0Hz～80Hz试验区间均匀得到20个采样点。采样频率处的核算数据，可以分析主轴在该频率区间受载荷下的变形情况。

　　3、结论

　　本文在模态分析过程中考虑了轴承的支撑刚度，并将主轴旋转发生的离心应力作为预应力，求解得出所规划主轴的低阶固有频率和振型。对比效果显现空心短轴的动力学特性比长轴的更好。本文还对其做了谐呼应分析，效果标明在必定频率改动的正弦力作用下空心短轴结构的受力变形更小，这也与模态分析的效果相吻合。