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隨著計(jì)算機(jī)與軟件技術(shù)的日益普及和應(yīng)用，有限元分析等現(xiàn)代結(jié)構(gòu)分析方法已受到工程設(shè)計(jì)人員的廣泛認(rèn)同和采用，并取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。本文采用ANSYS有限元軟件分析機(jī)床主軸箱，為其結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供可靠的理論依據(jù)。
由于復(fù)雜的零件模型直接傳遞會(huì)產(chǎn)生ANSYS模型無(wú)法生成的問題，因此需對(duì)主軸箱模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化和修改，簡(jiǎn)化的基本原則按照以下幾點(diǎn)：1)在建模時(shí)力求精確，以真實(shí)反映結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)特性；2)忽略模型中所有小特征，包括倒角、圓角、小孔及凸臺(tái)；3)對(duì)模型中的小錐度、小曲率曲而進(jìn)行直線化和平而化處理；4)不考慮對(duì)整體靜、動(dòng)態(tài)特性影響小的零部件結(jié)構(gòu)。機(jī)床主軸箱箱體結(jié)構(gòu)模型，材料屬性為HT250，其彈性模量E=2.06E5MPa，泊松比0.25，密度p=7.8E-6 kg/mm，軸孔中線受力：P‑=450 kg，P1=600 kg；軸孔中線受力：P= 300 kg，P1= 400 kg。主軸箱在矩形導(dǎo)軌和三角形導(dǎo)軌上滑移。
由于主軸箱結(jié)構(gòu)為空間不規(guī)則幾何體，故選用有中間節(jié)點(diǎn)單元，細(xì)化水平為3進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分。節(jié)點(diǎn)數(shù)為23863個(gè)，單元數(shù)為11712個(gè)。
主軸箱在工作條件下，導(dǎo)軌二方向運(yùn)動(dòng)均受到限制，故對(duì)導(dǎo)軌而進(jìn)行方向位移約束。由于載荷的特殊性，作如下處理：求各個(gè)孔中心所受分力的合力，然后再根據(jù)軸承孔受力特點(diǎn)，以壓力的形式施加到孔上。
可以看出大部分的應(yīng)力偏差值為3MPa，局部區(qū)域的單元應(yīng)力偏差值在2.5 MPa左右，說(shuō)明主軸箱的網(wǎng)格劃分密度良好，能保證計(jì)算結(jié)果的精度。可以看出，最高應(yīng)力偏差值為7.329 MPa，這是由于主軸箱與導(dǎo)軌接觸處存在尖角導(dǎo)致的應(yīng)力集中現(xiàn)象。這種應(yīng)力集中是由于幾何構(gòu)造或載荷引起彈性理論計(jì)算應(yīng)力值較大，它不會(huì)影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的分析。
節(jié)點(diǎn)等效應(yīng)力分布可以看出，主軸箱大部分區(qū)域的等效應(yīng)力值為2MPa，最大值為9.266 MPa，位于軸孔下邊緣處。主軸箱應(yīng)力分布不均勻，主軸箱大部分區(qū)域的安全系數(shù)在20以上，其設(shè)計(jì)的安全系數(shù)較大。從應(yīng)力分析的角度，材料抵抗破壞的能力還有很大的潛力，應(yīng)力值仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料的強(qiáng)度極限，其應(yīng)力集中不會(huì)影響主軸箱體的剛度。
結(jié)構(gòu)總變形分布可以看出，主軸箱大部分的總變形值為-0.0012 mm，最大值為0.0024 mm，位于主軸箱孔施加載荷處。主軸箱整體變形較小，能保證在最大承載條件下加工出高精度的產(chǎn)品。但整體來(lái)講，3個(gè)方向的剛度分布不太均勻，如果可能，可以改進(jìn)主軸箱結(jié)構(gòu)，以提高主軸箱剛度，確保加工產(chǎn)品的精度。
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