高液静压无心磨床砂轮主轴的优化设计研究

发布时间：2021-08-31 00:50

　　为了改善高液静压无心磨床砂轮主轴的受载变形情况,提升磨削时的旋转精度,提出结合砂轮主轴的结构和加工过程中的受力及变形情况,采用遗传算法对砂轮主轴进行优化设计。首先,分析了砂轮主轴的结构原理及实际受力情况,提出通过提升砂轮主轴的刚度来减少主轴变形,接着建立了以主轴刚度最大、体积最小为目标函数的数学模型,最后在MATLAB里利用遗传算法编制程序对模型进行计算,并分析了迭代过程中砂轮主轴的刚度和体积变化情况。研究结果表明,砂轮主轴优化后刚度提升了2.23%,从而改善了砂轮主轴磨削加工中的变形,提升了主轴的旋转精度;体积缩小了1.35%,节省了制造成本,同时为相关轴类零件的优化设计提供理论依据。 

【文章来源】：组合机床与自动化加工技术. 2020,(09)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

砂轮主轴装配示意图

由上述对图1的分析可知,高液静压无心磨床砂轮主轴是实心轴,轴承对主轴有支承力,动力通过皮带轮传递给主轴,皮带轮对主轴有压轴力,由理论计算可得,压轴力为1500N。砂轮在磨削工件的过程中,工件材料要发生弹性和塑性变形,从而产生阻碍砂轮旋转的阻力,并且砂轮磨粒和工件表面之间有摩擦力,这些构成了砂轮磨削工件的磨削力,如图2所示,磨削力可以分解为轴向磨削力Fx、切向磨削力Fz和径向磨削力Fy[11],其中径向磨削力Fy对主轴的刚性影响最大,轴向磨削力和切向磨削力对主轴的刚度影响较小,可以忽略不计,通过理论计算和现场的实际测量,可得最大的径向磨削力为2400N。根据材料力学知识,将砂轮主轴简化为图3所示的简支梁,必须做如下简化:①由于砂轮主轴是靠静压滑动轴承支承,在工作时,主轴高速旋转带动静压腔的润滑油在主轴的表面形成支承油膜,支承砂轮主轴工作,故支承是弹性支承,主轴是刚性轴。②根据滑动轴承的分布和砂轮的位置分析,可知轴承2、3为主支承,轴承1为辅助支承。③轴承的支承力R1、R2、R3,皮带轮的压轴力P,砂轮的径向磨削力Q,不在同一平面内,为简化计算过程,假设这三类力在同一平面内。

根据材料力学知识,将砂轮主轴简化为图3所示的简支梁,必须做如下简化:①由于砂轮主轴是靠静压滑动轴承支承,在工作时,主轴高速旋转带动静压腔的润滑油在主轴的表面形成支承油膜,支承砂轮主轴工作,故支承是弹性支承,主轴是刚性轴。②根据滑动轴承的分布和砂轮的位置分析,可知轴承2、3为主支承,轴承1为辅助支承。③轴承的支承力R1、R2、R3,皮带轮的压轴力P,砂轮的径向磨削力Q,不在同一平面内,为简化计算过程,假设这三类力在同一平面内。综上所述,砂轮主轴在空间中主要受3个轴承的支承力,皮带的压轴力和砂轮的径向磨削力,且这5个力会随时间的变化而不断地变化,因此砂轮主轴在工作的过程中会不断受交变力的影响,主轴易发生变形,无法保证主轴的圆柱度,直接影响到主轴的旋转精度;为改善主轴的变形情况,提升主轴运转时的旋转精度,需在保证整个砂轮主轴系统正常工作的情况下提高砂轮主轴的刚度,而以主轴的刚度最大为目标,用特殊的算法对砂轮主轴进行优化,是在保证各种工作条件不变的情况下提高砂轮主轴刚度最直接的办法。


本文编号：3373842