基于ANSYS的机床主轴优化设计

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基于有限元方法对C6140机床主轴的分析毕业设计论文

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第
1
ANSYS由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。
1
ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。
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本设计是基于ANSYS软件来对C6140机床主轴经行分析。与传统的计算相比，借助于计算机有限元分析方法能更加快捷和精确的得到结果。设置正确的模型、划分合适的网格，并合理设置求解过程，能够准确的获得分析模型各个部位的应力、变形等结果。对零件的设计和优化有很大的参考作用。
正是因为上述优点，我在本设计中运用PRO/E来建立C6140机床主轴的三维模型。再将此模型导入ANSYS软件来对其经行分析。

基于ANSYSWorkbench的数控车床主轴系统热_结构耦合分析

［ K］ = ｛ P｝ =
e
式（ 6 ）中 Μ1 为和轴承载荷大小、滚动体和滚道间接触弹性变形量及滑动摩擦有关的摩擦力矩分量， Μ1 的计算公式如下：
Μ 1 = f1 p1 d m （ 7）
∑［K］ ∑ ｛ P｝ + ∑ ｛ P｝
e
e
（ 2）
e T
（ 3）
e
Μ2 为与速度有关的选项，它反映润滑剂的流体动力消 Μ2 的计算公式如下：耗，（ 1 ）当 vn ＞ 3. 33 × 10 －5 m2 ·r / s2 时：
e e 点位移｛｝ T 及温升｛ ΔT｝，计算获得总应变｛ ε｝及热变最终热应力表达式为：形｛ ε｝ T ，
d3 m
（ 8）
（ 2 ）当 vn ＜ 3. 33 × 10 －5 m2 ·r / s2 时：
M2 = 160 × 10 6 f0 d3 m （ 9）
｛ σ｝ = ［ D］（｛ ε｝－｛ ε｝ T ）
尺寸； v 为运动粘度； ΔT 为流体与壁面温差。
2011 年 7 月 3． 3
何
俊，等：基于 ANSYS Workbench 的数控车床主轴系统热结构耦合分析
· 21·
材料属性设置在 ANSYS Workbench12 中重新添加床头箱，轴承
由上图可知，主轴最高温度发生在主轴前端轴承安装处达 52. 09℃ ，后端轴承安装处温度达 48. 15℃ ，箱前后轴承温升不一致，体温度较低且温度分布不均匀，最大温升为 32℃ （空气温度假设为 20℃ 情况下），从温
· 20·
组合机床与自动化加工技术
第7 期
其热变形，同时计算主轴不同转速条件下对主轴系统产生的温升及热变形的影响，最后得出相关结论。

基于Ansys Workbench的CJ19024机床主轴实验模型振动力学分析

ＣＪ１９０Ｚ４ｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌꎬｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙꎬｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅａｎｄｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅ
ｆｉｒｓｔ６ｏｒｄｅｒｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｓｈａｆｔａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ. Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｒｏｎｔａｎｄｅｎｄｄｉｓｐｌａｃｅ￣
对于研究主轴系统的振动具有显著效果ꎬ同
时能够提高主轴系统的精度、强度ꎬ以及有效
地抑制主轴的共振 [１１－１５] . 因此ꎬ在静态分析
的基础上进行模态和谐响应分析ꎬ不仅能够
分析静力的应力、应变、静力负载等ꎬ也能研
究在静力负载下的各种响应ꎬ使其更能满足
现实情况的需要 [１６－２０] . 笔者以某公司的数控
ｔｏｏｌｓｐｉｎｄｌｅｓｙｓｔｅｍ. Ａｎｄｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｏｄｅｌｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ. Ｔｈｅｎａｔｕｒａｌ
ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｔｈｅｍａｉｎａｘｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓａｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔꎬａｎｄｔｈｅｆｉｒｓｔｔｈｒｅｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅ￣
ＣＪ１９０Ｚ４数控机床的加工对象为轴类零件ꎬ
系统的实验模型ꎬ研究其在静动态特性下的
包括阶梯轴和非圆曲面的凸轮轴. ＣＪ１９０Ｚ４
各项响应ꎬ从而得到机床主轴的薄弱环节和
机床的主轴采用带通孔的阶梯形轴和两端支
振动情况的参数ꎬ分析结果能在产品设计阶
撑的结构. 加工过程中需要通过不断改变刀
段就能对主轴部件静、动态特性做出符合实

（强烈推荐）机床主轴设计及ansys分析毕业论文设计

（强烈推荐）机床主轴设计及ansys分析毕业论文设计机床主轴设计及ansys分析毕业论文目录第一章绪论 (1)1.1 选题背景 (1)1.2 本课题的目的和意义 (1)1.3 国内外研究状况 (1)1.3.1 数控机床的发展 (1)1.3.2 工程图及CAD的发展 (2)1.3.3 国内外机床动静态特性研究现状 (3)1.4 课题的研究方法 (4)1.5 研究内容 (5)1.5.1 数控车床主轴结构设计 (5)1.5.2 车床主轴组件的三维建模 (5)1.5.3 主轴的ANSYS分析 (5)1.6 设计前提 (6)1.6.1 设计要求 (6)1.6.2 设计参数 (6)第二章对主轴组件的要求 (7)2.1 基本要求 (7)2.2 特殊要求 (7)2.2.1 旋转精度 (7)2.2.2 静刚度 (7)2.2.3 抗振性 (8)2.2.4 升温和热变形 (8)2.2.5 耐磨性 (8)2.2.6 材料和热处理 (8)2.2.7 主轴的结构 (9)第三章主轴轴承的选择 (10)3.1 轴承的选型 (10)3.2 轴承精度 (12)3.3 轴承间隙调整和欲紧 (12)3.4 本设计的轴承型号以及布局 (12)第四章传动系统的设计 (14)4.1 电动机的选择 (14)4.1.1 电动机容量的选择 (14)4.1.2 电动机转速的选择 (14)4.2 传动系统的设计 (15)4.2.1 选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数 (15) 4.2.2 按照齿面接触强度设计 (15)4.2.3 按照齿根弯曲强度设计 (17)4.2.4 几何尺寸计算 (18)4.2.5 验算 (19)第五章主轴主要参数的计算及校核 (20)5.1 主轴的结构设计 (20)5.2 主轴的主要参数的计算 (20)(20)5.2.1 前轴颈直径D15.2.2 主轴内径d (21)5.2.3 主轴悬伸量a确定 (21)5.2.4 主轴支承跨距的确定 (22)5.3 主轴材料及热处理 (24)5.4 主轴设计方案 (25)5.5 轴的刚度计算 (26)5.5.1 轴的弯曲变形计算 (26)5.5.2 轴的扭转变形计算 (27)第六章主轴箱体 (29)第七章 Solid Works三维实体设计装配 (30)第八章主轴部件的ANSYS应力分析 (34)8.1 主轴静力分析概述 (34)8.2 主轴ANSYS分析的一般过程 (34)8.3 主轴的受力分析 (35)8.4 主轴ANSYS分析的具体过程 (37)8.2.1 ANSYS分析的前处理 (37)8.2.2 ANSYS分析的后处理 (40)第九章展望与结论 (45)致谢语 (46)参考文献 (47)附录1 三维装配图 (48)附录2 X-Y截面剖切图 (49)数控车床主轴关键零部件的设计与应力分析[摘要] 本文首先介绍了数控机床和工程图及CAD的发展，分析了国内外机床动静态特性研究现状，之后以数控车床的主轴及其零部件的设计为主要内容，先讲述了数控机床的主轴部件的设计要求，合理选择轴承型号，设计出主轴的前轴颈直径D，主轴内径d,前端的1悬伸量a和主轴支承跨距L等，从而设计出主轴，之后选择具体的轴承，设计出轴承端盖和主轴箱体，提出了主轴的材料、热处理和技术要求等。

基于ANSYS的机床主轴优化设计

第1期(总第164期)2011年2月机械工程与自动化M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G &　AU T O M A T IO N N o.1F eb.文章编号:1672-6413(2011)01-0075-02基于AN SYS 的机床主轴优化设计葛建兵1,翟雪琴2,马　蓉1,马本学1,高广娣1(1.石河子大学,新疆　石河子　832000; 2.河南工业大学,河南　郑州　450052)摘要:用有限元分析软件A N SY S 对机床主轴进行优化设计。

首先给出了优化设计的数学模型,并给出A N SY S 具体的设计步骤。

通过得出的优化结果说明A N SY S 优化设计模块在机械零件优化设计上的可行性,为其他较为复杂的机械零件设计提供了新的思路和方法。

关键词:A N SY S ;主轴;优化设计中图分类号:T H133.2 文献标识码:A收稿日期:2010-05-25;修回日期:2010-08-18作者简介:葛建兵(1976-),男,新疆奎屯人,讲师,硕士,主要研究方向:机械CAD 。

0　引言机床主轴是机床的主要零件,其性能直接影响被加工零件的质量。

主轴伸出端的挠度是影响加工零件质量的重要因素之一。

本文利用大型有限元分析软件ANSYS 对机床主轴进行了优化设计,不仅大大减轻了主轴的体积,也为设计出性能优、重量轻的机床主轴提供了理论依据。

1　机床优化设计模型1.1　ANSYS 优化设计原理优化设计是一种寻求最优设计方案的技术,所谓“最优设计”指的是一种方案不仅可以满足设计要求,而且所需的支出(如重量、体积、费用等)最小,也就是说最优设计方案就是一种最有效率的方案。

优化设计是通过构建优化模型,在满足设计要求的条件下进行的迭代运算,求得目标函数的极值,得到最优设计方案。

优化问题的数学模型可以表示为:最优设计变量:X *=[x 1*　x 2*　…　x n *]T 。

目标函数:f (X *)=min f (X )　X ∈Q R n 。

车床主轴系统的优化设计

・
４・８
陕西科技大学学报
第２９卷
的结构参数分别为：径Ｄ１６外 — ６ｍｍ，Ｄ一Ｄ。７：０ｍｍ，一Ｄ１０ｍｍ，０单元长度Ｌ —１０ｍｍ，２３ｍｍ，３７ｍｍ，４１２Ｌ —４Ｌ —７Ｌ —
－
ｅ一 —
△
２０ｍｍ，４其余参数见表１结点６作用集中力Ｐ＝１１结．３６０Ｎ，点８用集中力Ｐ２３９０Ｎ和弯矩Ｍ一３５０９・该作 —１８５．２Ｎｍ．
车床主轴系统的优化设计
赵月娥。，文怀兴
（．西工业职业技术学院机械工程学院，陕西咸阳７２０；．西科技大学机电工程学院，西西安１陕１００２陕陕７０２）１０１
摘要：车床主轴的设计计算中，者利用ＡＮＳ在作ＹＳ软件对主轴结构进行了有限元分析，以
情况下可将其略去，只考虑支撑刚度．内径ｄ为一常量，ｄ一３Ｔ设计要求为：轴的外伸端点挠度ｎ５１ｍ．ｉ主
不超过给定值００．７ｍｍ，轴结构的第一个固有频率厂不低于给定值４０Ｈｚ主轴最粗段两支点的跨距主０，
关键词：限元分析；主轴；化设计有优
中图法分类号：Ｇ６９Ｔ５文献标识码：Ａ
０引言
现代机床不断向高速度、高精度和高刚度的方向发展，结构日趋复杂，其对其工作性能的要求也越来越高．主轴系统是机床的关键部件，而既要求高精度，又要求高刚度．主轴的前端部位安装工件或刀具直接

基于ANSYSWorkbench机床主轴有限元分析

ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．４，２０１３
基于ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ机床主轴有限元分析
方鹏，李健，韦辽
（广西工学院机械工程系，广西柳州５４５００６）
研究进展［Ｊ］．机械设计与制造，２００９（１０）：２５９ — ２６０．
分析，得到应力和应变分布情况。通过对主轴进行设
京：河海大学，２００７．
计，得出优化后的主轴比优化前的主轴体积更小、性能更好，提高了机床的工作性能，减轻了主轴的自
［４］周大帅，伍良生，李俊．机床主轴系统化热态及变形特性
限元计算结果的分析，得到应力和应变分布情况。通过设计，提高了机床的工作性能，减轻了主轴的自重，节省了材料，
降低了成本。

关键词：机床；主轴；ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ；有限元分析中图分类号：ＴＰ３９１．７文献标识码：Ａ文章编号：１６７２ — ５４５Ｘ（２０１３）０４ — ００２８ — ０３
收稿日期：２０１３ — ０１ — １１作者简介：方鹏（１９８６＿，男，硕士研究生，研究方向：机械设计及理论；李健（１９６５一），男，教授，主要从事数字化设计与制造方面的研究；韦ｉ￣．（１９８６一），男，硕士研究生，研究方向：机械设计及理论。２８

基于ANSYS Workbench的高速电主轴静动态性能仿真分析及优化

3.2提高企业竞争力随着工业发展的转型升级，其机械化水平在飞速提高。

机械设备朝着大型化、信息化的方向发展。

在高科技、高尖端器械出现的同时，对其进行维修的技术含量也在不断提高，这也体现了维修的重要性，给维修企业带来广阔的发展前景。

提高维修技术、优化维修服务对汽车维修企业的生存发展十分重要。

在经济全球化的大趋势下，企业不仅要面对国内同行的激烈竞争，还要面对国际市场的挑战，企业想要更好的生存和发展，提高竞争力十分必要。

在重视“绿色”发展的当下，政府对“绿色产业”的重视程度不断提高，出台相关的保护政策，更好的推进“绿色产业”的发展。

“绿色企业”是这个时代企业发展的主流，只有在汽车维修企业中推广“绿色维修”才能抢占市场先机，获得更好的发展机会。

环境污染程度大、资源利用率低的汽车维修企业，其发展的局限性显而易见。

汽车维修企业推广“绿色维修”，需要选择先进的科学的维修技术和新型环保材料，实现企业经济效益的同时，实现社会效益和环境效益。

只有这样的维修企业，才能在社会发展过程中，成为汽车维修行业的最大获益者，激烈竞争下的生存者。

传统的汽车维修企业必将遭到淘汰。

在汽车维修企业中推行“绿色维修”，无论是对企业自身、行业发展，乃至社会国家的发展，都有不可估量的价值。

4结束语“绿色维修”可以对经济效益的增长和环境效益的增加起到双管齐下的作用。

最大程度地减少资源和能源的使用量，降本增效，为生态环境的保护贡献自己的力量。

无论从经济发展的视角，还是从环境保护和社会发展的角度分析，“绿色维修”都是符合五大发展理念。

“绿色维修”使多方面的综合性的体系模式，推行“绿色维修”也是有利于可持续发展，“绿色维修”在汽车维修企业的不断推广，是实现维修行业可持续发展的重要手段。

参考文献［1］周红，李辉，张云杰.“绿色维修”及其在维修企业中推行的价值［J］.价值工程，2002（6）：36-38.［2］程会强，吴玉锋.绿色维修战略与循环经济［J］.再生资源与循环经济，2009，2（7）：27-30.［3］陈宇晓.绿色维修的实施策略［J］.设备管理与维修，2003（10）：9.〔编辑李波〕基于ANSYS Workbench的高速电主轴静动态性能仿真分析及优化丘立庆(南宁职业技术学院,广西南宁530008)摘要：采用有限元分析软件ANSYS Workbench18.0建立电主轴三维有限元模型,进行静态力学分析和模态分析。

基于AnsysWorkbench的立式加工中心床身有限元分析和优化设计

参考文献：
［１］李德雨．基于ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ的多层波纹管自振频率计算［Ｊ］．矿山机械，２００５，（６）：Ｐ８３－８４．
［２］王艳辉．精密机床床身的模态分析与结构优选［Ｊ］．机械设计与制造，２００５，（３）：Ｐ７６－７７．
第３１卷第９期２００９－０９【１３１】
由于机床机构过于复杂，采用ＷＯＲＫＢＥＮＣＨ
自动划分网格，在Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中一般不需要选取单
元类型，划分方法是ＨｅｘＤｏｍｉｎａｎｔ运用的是四面体与六面体结合的划分方式，由于在导轨处有许多无
图３机床床身１阶模态云图
法简化的小的阶梯，在这些地方采用局部的细化网
格的方法来划分，得到４４４８３个单元１３５１４４个节点。
度，应该使有限元模型尽量简化。同时建立有限元模型时，应合理选择单元类型，并在编排节点时，尽量减少相关单元的节点号差、带宽，以减少资料存储量。ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ和ＰＲＯＥ具有直接的双向接口，可以在ＰＲＯＥ中建模然后再导入ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ进行计算。１．１建立物理模型
件。通过机床主电动机功
率和机床加工工件的最大尺寸，以及主轴转速，计算机床的额定扭矩和额定力，由Ｆｘ：Ｆｙ：Ｆｚ＝０．３：０．５：１．０得到３个切削分力，计算立柱，床鞍，主轴箱等构件的重量并将上述重量均作为作用在床身上的附加质量处理，即在相应坐
快，但要求比Ｓｕｂｓｐａｃｅ法内存多大概５０％。ＢｌｏｃｋＬａｎｃｚｏｓ法采用稀疏矩阵方程求解器［２］。
床身的实际结构很复杂，有繁多的筋板、曲面、窗孔，各处厚度不相同，几何形状也多变。为了适应有限元计算，必须将其简化处理，略去许多不影响床身刚度的细微结构（如小倒角、小圆弧、小凸台等）。简化后的床身模型如图１所示。

基于ANSYS的机床结合部建模方法探讨

基于ANSYS的机床结合部建模方法探讨随着数控技术的逐渐普及，机床已经成为现代传动技术中不可或缺的重要组成部分。

机床的结合部是连接各个重要部件的关键组成部分，其性能直接关系到整台机床的工作效率和稳定性。

因此，在机床设计中，对其结合部进行合理、科学的建模、仿真和分析具有非常关键的作用。

ANSYS是一款优秀的有限元分析软件，它可以帮助机床设计工程师快速建立机床的结合部模型，实现对结合部的优化设计和仿真研究。

下面，本文将针对ANSYS的机床结合部建模方法进行探讨，包括建模准备、建模步骤以及结果分析等方面。

建模准备：在进行机床结合部建模的过程中，需要准备一些关键性的建模参数，例如机床结构、结合部的材料性质、载荷等。

这些参数将直接影响到建模的准确性和仿真结果的真实性。

建模步骤：1. 打开ANSYS软件，选择机床结合部的建模模式。

2. 根据建模准备中的机床结构进行模型细分。

将机床分成若干个部分，分别建模分析，然后将各部分组装起来，形成完整的机床模型。

3. 选择适当的网格类型和网格密度，从而提高建模的准确性、精度和效率。

不同的网格密度将会导致不同的求解精度，因此需要根据具体情况进行选择。

4. 根据载荷分布和材料性能等参数，对机床结合部进行约束条件的设置。

任何的结合部都需要满足一定强度要求，在优化设计时，需要考虑到这些要求。

5. 进行模拟和求解，并对仿真结果进行分析和比较。

根据仿真结果，优化结合部设计，确保其承载能力、刚性和稳定性等方面的要求。

结果分析：通过ANSYS的建模和仿真分析，可以有效地避免机床结合部设计中的疏漏和不足，提高机床的工作效率和稳定性。

同时，还可以节省大量的时间和成本。

总的来说，本文针对ANSYS的机床结合部建模方法进行了探讨，并提出了建模准备、建模步骤和结果分析等方面的建议，这将对机床设计工程师在实践中提供一定的指导。

通过ANSYS软件的应用，可以对机床结合部进行准确、科学的模拟和分析，进一步提高机床的设计质量和性能。

基于ANSYS Workbench的汽车内护板钻孔机床的主轴设计

务ｌ注甸地
基于ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ的汽车内护板钻孔机床的主轴设计
ＴｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｓｐｉｎｄｌｅｏｆｃａｒｇｕａｒｄｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ
合材料，木材纤维与金属材料不同，没有均匀的
距Ｌ。。根据主轴设计工作的大致路线，可确定主
轴的结构设计，如图１主轴的正视图和图２主轴的俯视图。
金相组织，而是具有一定的方向性，加工时钻削力的波动较大口】。加工环境粉尘比较多，木材加工不允许液体润滑与冷却以防止污染成品Ｈ】。汽车门钻孔机床主轴有以下结构特点：
能，而且提供了与许多主流ＣＡＤ三维软件数据交
流的接口，真正实现了集产品设计、仿真和优化
功能于一体的功能。
１钻孔机床主轴的结构设计
１．１钻孔机床主轴的结构特点木工钻孔机床由于与普通的金属钻孔机床的工作条件不一样，加工的材料是木材或者木质复
的舒适性和美观性要求越来越高外，汽车的安全性和可靠性也成为了人们追求的目标 Ⅲ。对汽车内
护板的正确设计，将会给试制、批量生产、整车
轴进行散热。２）主轴密封要求比一般电主轴要求更高。３）木工机床由于工作环境、外型和生产成本的因素，决定了该机械的主轴不能完全使用和金属钻削用主轴一样的轴承。

基于ANSYS Workbench机床部件优化设计

基于ANSYS Workbench机床部件优化设计夏健康;胡晓梅【期刊名称】《金属加工：冷加工》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】3页(P78-80)【作者】夏健康;胡晓梅【作者单位】青海华鼎重型机床有限责任公司研究所西宁810100;青海华鼎重型机床有限责任公司研究所西宁810100【正文语种】中文随着国内航天、航空、船舶、风电、军工等行业的发展，现代数控机床的切削速度越来越高，加工精度要求越来越好，因此对机床的各个部件的静、动态特性的要求越来越高。

以往机床设计主要采用传统材料力学简化计算与经验设计相结合的方法，由于过于保守，致使产品设计制造成本过高，性能难以达到最佳。

因此，为了进一步提高我国数控机床设计制造水平，在国际市场占有一席之地，我们必须打破传统的设计手段，采用先进动态设计方法。

基于CAD/CAE 等现代设计方法发展，作为动态分析重要手段的试验模态分析技术、计算机辅助工程技术、有限元分析方法以及仿真技术有机结合，使得人们可以在设计阶段对结构性能进行预测，在此基础上进行优化设计。

1.优化设计原理优化设计的基本原理是通过构建优化模型，运用各种优化方法，通过在满足设计要求条件迭代计算，求得目标函数的极值，得到最优化设计方案。

优化数学模型表示为式中，F(X)为设计变量的目标函数;X 为设计变量，gi(X)为状态设计变量，设计变量为自变量，优化结果的取得就是通过改变设计变量的数值来实现的，对于每一个设计变量都有上下限，用户必须规定X中的每个元素(k=1，2，…，n)的最大值、最小值，它定义了设计变量的变化范围。

状态变量是约束设计的数值，是设计变量的函数，状态变量可能有上下限，也可能只有单方面的限制，即上下限或只有下限。

目标函数是尽量小的数值，它必须是设计变量的函数。

2.优化设计的分析步骤优化设计的过程通常需要参数化建模、后处理求解、优化参数评价、优化循化、设计变量状态修正等步骤来完成，其优化流程如图1 所示。

基于ANSYS机床主轴箱的优化设计

机械 2007年第9期总第34卷现代制造技术 ·61·——————————————— 收稿日期：2007－04－06基金项目：安徽省教育厅基金资助项目（KJ2007B393ZC ）基于ANSYS 机床主轴箱的优化设计胡昌军1,2，汪列隆1（1.安徽省池州学院机电工程系，安徽池州 247000；2.东南大学机械工程学院，江苏南京 210096）摘要：在对ANSYS 计算操作过程进行简要介绍的基础上，用ANSYS 对主轴承受载荷时机床主轴箱的各个部分进行优化设计计算，方便地得到了用解析法不易求出的结果，为机床主轴箱的设计提供了理论依据，提高了计算精度，缩短了设计周期。

关键词：UG 软件；ANSYS 软件；机床主轴箱；有限元中图分类号：N945.15 文献标识码：A 文章编号：1006－0316（2007）09－0061－02Optimization design of headstock based on ANSYSHU Chang-jun 1,2，WANG Lie-long 1（1. Anhui province Chizhou university ，Chizhou 247000，China ；2. Southeast university mechanical engineering collage ，Nanjing 210096，China ）Abstract ：After a brief introduction of ANSYS calculation procedure ，optimization design calculation on every parts of headstock when principal axis bearing the wight with ANSYS. The result has been more conveniently obtained with ANSYS than with analytic method ，this research has provided the theoretical evidence for designing headstock ，made the calculation more precision ，shortened the period of design.Key words ：UG ；ANSYS ；headstock ；finiteelementanalysis在机床的诸多零件中，主轴箱是机床设计过程中工作量最大的部件。

机床重要部件的有限元优化设计

机床重要部件的有限元优化设计文章简单介绍了有限元分析的发展和相关概述，并以某电解加工机床为例，用有限元分析软件ANSYS进行了相关分析。

标签：机床重要部件；有限元；优化设计1 有限元分析法概述在工程技术研究之中，有很多场的问题和力学问题，在解決这些问题时，如果只是使用一些微分方程或微分方程组来解决这些问题，得到的结果的精确度不能令人满意，这时我们需要采用比较精确的数值计算来求得满足工程技术需要的近似解。

目前工程技术领域主要的数值计算方法包括有限单元计算法和有限差分计算法。

有限差分法处理的工程问题都比较简单，对于一些较为复杂的工程计算问题，采用有限单元法比较有效。

有限单元法在使用一些公式的基础上将初始条件下和限定条件下的微分方程转化为代数方程采用矩阵计算的方法，最后借助高速计算机计算出合理的结果。

由于使用该方法比较方便快捷，目前，有限单元法是工程技术计算时使用最为广泛的一种方法。

有限单元法的基本思想是通过描述一些单元和节点，将复杂连续的数据结构划分为几个有限的小的计算单元，通过这些单元的有效组合求解出满足初始条件和限定条件的最优解。

这种先将整体计算分为小的计算部分，在将各个小的计算单元积分起来的计算方法就是有限单元法。

具体的来看，运用有限单元法分析某一个具体的工程问题时，要先将这样一个大的计算问题分割为一个一个比较小的计算单元，其次，在满足相关初始条件和限定条件、材料特性、工程荷载量的基础上求解非线性和线性方程组，从而得到相应的应力、位移、力度、应变等计算结果，最后运用计算机将该结果通过图片或表图等形式表现出来。

从数学的角度来看，有限单元法是将连续的求解域分解成几个有限的计算单元，并在每一个单元里面设定一定数量的节点从而可以将该求解域当作是由一个一个的小的计算单元连接起来的数据计算的集合体，同时以函数的节点值当作未知量，在每一个计算单元中预先假设一个相识的函数来表示求解域中函数分布的具体规律，然后根据已知的条件建立以求解节点中这些未知量的有限元方程组，通过这样的转化缩小所求解的未知量范围，将一个无线未知数的难题转化为一个离散域中的自由度有限的问题。

ANSYS下机床主轴结构的设计分析

ANSYS下机床主轴结构的设计分析作者：鲁丙亮崔思明来源：《科学与财富》2016年第31期摘要：本文利用ANSYS参数化设计语言为机床的主轴结构建立有限元模型，然后利用ANSYS软件对有限元模型进行分析，针对主轴的重量、外径、支承跨距等结构参数进行优化计算，设计出最合理的机床主轴结构。

关键词：ANSYS；机床主轴；结构设计机床的主轴是控制机床运转的核心部件之一，机床主轴结构设计会影响整个机床运转的性能。

机床的主轴结构一般都是空心的阶梯状主轴，使用到了两个支承或者三个支承。

主轴上一般装有传动装置，通过主轴运动带动其他装置的运转。

主轴前面部分装有刀具，对待加工的工件进行切削。

所以，机床主轴结构的设计是机床设计的重要部分。

本文以最常见的机床主轴结构为研究目标，利用ANSYS参数化设计语言为机床的主轴结构建立有限元模型，然后利用ANSYS软件对有限元模型进行分析，经过一系列计算，最终得到最优机床主轴结构[1]。

1ANSYS软件工作原理与流程1.1ANSYS软件工作原理机床主轴的结构设计一般是以整体质量最轻或者刚度最好为出发点，尽量将支承跨度、轴径等控制在合理范围。

由于机床的主轴结构极为复杂，而且当前的工件加工要求越来越高，对于机床的性能要求也越来越高，传统的机床主轴结构受力分析方法已经无法满足当前的需求，所以急需新的受力分析方法来参与机床主轴的结构设计。

有限元分析法是目前比较先进的结构分析方法，它能从机械结构的受力、形变以及自振等方面分析出机械内部结构最佳设计方案。

而最佳设计方案是指在满足一切设计基本要求的条件下，将总成本投入控制在最小。

有限元分析法是使用多次迭代的算法，经过了许多次计算，所以分析得到的结果可靠程度比较高。

ANSYS软件是一种集流体、电场、磁场、声场等分析与一题的大型分析软件，其应用的领域包括航空航天、汽车交通、土木工程、生物医学、日用家电等领域，分析类型包括结构静力学分析、结构动力学分析、结构非线性分析、流体动力学分析、压电分析等等。

机床主轴组件刚度ANSYS分析

Key words :Machine Tool ; Spindle Unit ; Static Stiff ness ; ANS YS
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卡盘尺寸130mm90mm工件材料为45尺寸60mm90mmin14单元对主轴组件进行离散主轴前轴承径向刚度692nm后轴承径向刚度1044176nm主轴前后弹性支座combin14单元与主轴相连接的节点应该与主轴的相应节点在车床主轴组件的挠度曲线如图所示根据切削的节点位移可计算主轴组件切削处的刚度ka如下187104310为总体刚度矩阵ys提供了基于直接求解法的稀疏直接求sparsedirectsolverhefrontalsolveracobiconjugategradientsolver求解器pchepreconditionedconjugategradientsolver求解heincompletecholeskyconjugategra2dientsolver求解器求解器适合于求解良态问题用于实数或复数的对称或非对称矩阵结构分析但只对实对称刚度矩阵有效适合于实数或复数的对称或不对称矩阵216103710k6132主轴组件的挠度曲线要求k6132车床稳定性一般时的极限切削宽度blim算主轴组件刚度的方法相比较当考虑剪力的影响ys计算分析主轴组件刚度十分方便因为定性一般k6132车床切削稳参考文献logan1有限元方法基础教程北京
6 L L 2 (2 - <) - 6 L L 2 (4 + <) θj
式中 : A 为横截面积 ; I 为截面对中心轴的惯矩 ; E
图 1 弹簧单元图 2 梁单元

基于ANSYS Workbench的主轴箱有限元分析及优化设计

ｏｔｍｉａｉｎｉａｅｐｉｚｔｏｓｔｋｎ．Ｃｏｍｐａｅｏｔｅｒｓｔｉｉｅｅｅｅｔａａｙｉｆｏｉｉａｅｄｓｏｋ，ｔｙｒｄｔｈｅｕｌｏｆｆｎｔｌｍｎｎｌｓｓｏｒｇｎｌｈａｔｃｓｈｅｄ — ｎｍｉｎｔｔｃｃａａｔｒｒｒａｌｍｐｏｅａｃａｄｓａｉｈｒｃｅｓａｅｇｅｔｙｉｒｖｄ．Ｋｅｙｗｏｄｓｈａｔｃｒ：ｅｄｓｏｋ；ｓａｉｎｌｓｓｍｏａｎｌｓｓｏｔｉａｉｎｄｓｇｔｔｃａａｙｉ；ｄｌａａｙｉ；ｐｉｚｔｏｅｉｎｍ
尺寸Ｐｌ为８４５７．ｍｍ，４为６．２Ｐ９６ｍｍ，６为２３Ｐ５．
４ｍｍ，６Ｐ７为３４５ｍｍ，行圆整后Ｐ１为８５５．４进７ｍｍ，
［］ＭｉｇＣｎ，ＱａｇＺａ，ＴｏＨｎｎｕｎｅｏｉｅｅｔ５ｎｏｇｉｈｏａａ．Ｉｆｅｃｆｄｆｎｎｌｆｒ
４８２０．７
比较
减少
２８ｌ３．
降低
０．０７０７
提高
２７９．９
降低
０．１７４
ｆ１轴箱优化尺寸对一阶固有频率的灵敏度ａ主
５结束语
●
暑
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、
首先通过对主轴箱进行有限元分析，到主轴得
本文建立了主轴箱的有限元模型，以铣削工况

基于ANSYS的机床主轴箱有限元分析

ｔａｔｃ＇ｔｆｎｓｄｔｅｄｅｉｎｅｆｃｅｙｂｙｔｉｔｌｍｅｎｌｓｓｈｅｈｅｄｓｏｋｓｓｉｆｅｓａｎｈｓｇｆｉｉｎｃｈｅｆｎｉｅｅｅｎｔａａｙｉ．
Ｋｅｒｓ：ｎｔｌｍｅｔａｌｓｓ，ＨｅｄｔｃｙｗｏｄＦｉｉｅｅｅｎｎａｙｉａｓｏｋ，Ｓｔｆｎｓｉｆｅｓ，Ｏｐｉｉａｉｔｍｚｔｏｎ，Ｍａｈｉｏｃｎｅｔｏｌ
中图分类号：Ｐ３１５Ｔ１．
文献标志码：Ａ
ＺＵ０ｉｎｕＪａｘｎ，ＬＵｕｎＧＯＮＧｏＬＩｉｎｕＣｈａ，Ｂ，ａｈａＪ
ＳｔｄｙｏＳＰＣｐｌｃｉｎｉｏｔｒｅｒｃｕｆＭＡｐｉａｔｏｎＳｆｗａｅＭｔｉｓ
合力，然后再根据轴承孔受力特点，以压力的形式施加
３・Ｏ
《技术新工艺》・字技术与机械加工工艺装备２１新数０１年第１０期
ＭＳＣ在软件度量中的应用研究Ｐ
左建勋，路川龚波。李建华，，
ｔｃｎｑｅｉｏｔｒａｕｅｎｃｉｉｅ．Ｈｏｖｒｈｉｇｅｖｒａｌｓａｉｔｃｌｐｏｅｓｃｎｒｌｈｓｃｒａｎｌｔｔｎｅｈｉｕｎｓｆｗａｅｍｅｓｒｍｅｔａｔｖｔｓｉｗｅｅ，ｔｅｓｎｌａｉｂｅｔｔｉａｒｃｓｏｔｏａｅｔｉｉａｉｓｍｉｏ
ＦｉｔｅｅａｙｉｎＨｅｄｔｃｆＭａｈｉｅＴｏｌｂｓｄｏｎｉｅＥｌｍｎｔＡｎｌｓｓｏａｓｏｋｏｃｎｏａｅｎＡＮＳＹＳ