計算機有限元方法在液體靜壓主軸性能分析中的應(yīng)用

1、    計算機有限元方法在液體靜壓主軸性能分析中的應(yīng)用    程意麗楊忠高摘 要：本文從主軸系統(tǒng)靜態(tài)力分析的幾何模型出發(fā)，采用ansys軟件對主軸的靜態(tài)特性進行分析。abstract:in this paper, the spindle system from static analysis of the geometric model, using ansys software, the main axis of the static characteristics of the analysis.關(guān)鍵詞：有限元 液體靜壓主軸 性能key words:

2、finite element hydrostatic spindle performanceth133 a 1004-7069（2009）-06-0120-01引言有限單元法的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元組合體。利用在每一個單元體內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片地表示全求解域上待求的未知場函數(shù)。單元內(nèi)的近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)及其導數(shù)在單元的各個結(jié)點的數(shù)值和其插值函數(shù)來表達，從而使一個連續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題。一經(jīng)求解出這些未知量，就可以通過插值函數(shù)計算出各個單元內(nèi)場函數(shù)的近似值，從而得到整個求解域上的近似解。本文將采用ansys軟件對

3、主軸的靜態(tài)特性進行分析。主軸系統(tǒng)有幾何模型1、主軸系統(tǒng)幾何模型 在整個主軸系統(tǒng)中，液態(tài)靜壓軸承提供徑向承載力，在軸肩處也采用液態(tài)靜壓軸承提供軸向力。由于在本文中主軸主要承擔徑向載荷，而軸肩處的液態(tài)靜壓軸承限制了主軸的軸向竄動，可以略去其對徑向承載的影響，也略去徑向軸承因加載傾斜產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，整個主軸系統(tǒng)進一步簡圖如圖1所示。如圖2為軸承-主軸系統(tǒng)靜態(tài)力分析的幾何模型【1】。圖1主軸系統(tǒng)幾何模型圖2主軸系統(tǒng)有限元支承模型用ansys求解“全支承”氣體靜壓電主軸靜態(tài)性能（1）單元選擇 ansys結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析中提供許多單元，本文采用beam188單元劃分主軸網(wǎng)格，它基于timoshenko梁理論，即一

4、階變形剪切變形理論，支持彈、塑性、蠕變模型。采用ansys提供的彈簧單元combin39模擬軸承，它一種具有廣義力-偏移特性的單向單元，適用于任何分析。該單元具有1維、2維、3維應(yīng)用中的縱向和扭轉(zhuǎn)方向的支承。圖3主軸的有限元模型【2】。（2）施加約束、載荷并求解 基于建立好的有限元模型，施加邊界條件、載荷，定義求解類型并運行求解。彈簧單元不在主軸上的節(jié)點必須限制其在支承方向的位移，為了反映主軸實際工作性能，外加集中力作用在主軸最前端的節(jié)點上，載荷方向沿y軸負方向和重力方向一致。設(shè)置求解屬性，確定載荷子步、收斂變量和精度，然后進行求解【3】。（3）結(jié)果輸出 圖4為ansys計算液態(tài)靜壓主軸靜態(tài)性

5、能結(jié)果。從圖4中主軸變形與位移云圖中可以看出，當在主軸前端施加向下（y軸負方向）380n的集中力后主軸發(fā)生傾斜，前端下沉，中間部分略微向上彎曲。圖3 用ansys建立的主軸有限元模型圖4主軸受載變形及位移分布圖圖5 載荷與主軸端面位移之間的關(guān)系 結(jié)論 主軸的特性曲線如圖5所示，描述了主軸前端加載點的位移-載荷以及位移-剛度曲線關(guān)系，從分析結(jié)果來看，軸系剛度并不恒定而是在一小范圍內(nèi)逐漸增加后減小。當載荷達到最大值（380n）時，所有軸承中最大位移量小于15m，該值并未超出液體軸承半徑間隙（20m），即軸承最大偏心率為0.75。參考文獻1 孫恭壽，馮明. 液體動靜壓混合軸承設(shè)計. 北京：世界圖書出版公司，1993.102 康國政. ansys大型有限元程序的原理：結(jié)構(gòu)與使用