本章一开始介绍热分析有限元的基本原理 其次通过热源的确立制定主轴的温度试验方案 根据试验环境参数以及热载荷计算公式求解热载荷的仿真参数 进而通过有限元软件实现主轴热仿真分析 最终将仿真结果与试验结果进行对比分析 得到仿真结果数据与试验数据大致相同 仅在主轴运行45min后 仿真结果比真实结果大概小o0 8C 且主轴在指定试验环境下没有产生失效以及主轴有限元模型的建立是准确的。电子科技大学硕士论文 36 第四章 主轴的磨损失效分析 高速旋转主轴与轴承接触面因长期摩擦导致主轴磨损 当磨损量变大时 主轴振幅也会随之增大 且磨损量到达一定值后 主轴由于变形过大而导致加工精度的下降 最终发生失效 此过程称为主轴的磨损失效。 MTBF 平均无故障时间 是机械可靠性的重要评测指标 它指的是两次失效之间平均间隔时间。传统的MTBF求解需要分析对象的失效数据 然而对于高成本的主轴而言 收集大量失效数据是不合理的。因此本章通过无失效的试验数据及经验公式 估算主轴的MTBF 47 动态有限元分析的基础原理对于静态分析而言 其加载到结构上的载荷是定值 而动态分析中 其加载到结构上的载荷是与时间有关的 且载荷称为动载荷。在动态有限元分析中 未知参数是节点位移 此时位移q不单单表示坐标函数 而且是与时间有关的函数。位移函数 所示32 进行一阶及二阶求导分别可得速度q和加速度 q。结构单元内任一点的位移可用节点位移插值法进行描述 形函数如式 所示。edNq N为静态分析的形函数矩阵。当结构中有较多单元时 节点位移插值法可以得到较好的效果 精度也得到提高。在线弹性情况下 结构单元内应变与位移关系函数如式 所示。eBq 所示。eDBq 可以看出这些函数都是结构在某一时间点的瞬间值 然而为了实现动态分析 函数需要变成与时间有关的函数表达式。根据达朗伯理论可得 受惯性力及阻尼力作用的结构还能保持平衡状态 因此通过虚位移法以及节点速度和加速度构建结构的平衡方程 即结构的运动方程如式第四章 主轴的磨损失效分析 37 所示。MqCqKqRt 可看出结构运动方程是一个二阶常数微分方程它随时间t变化 相比静力分析函数要复杂的多。 磨损量与振幅的经验关系对于存在接触面的两物体在摩擦过程中接触面产生裂纹或参与变形 进而导致物体的几何尺寸逐渐变小的过程称为磨损。主轴与轴承存在接触面 当主轴在高速运转过程中发生振动时 主轴与轴承在接触面上会产生摩擦 长期摩擦会导致接触面的磨损。由于主轴的制造精度要求高 因此对于没发生失效的主轴而言 其振动值极小 一般属于微米量级。主轴通过长期微动磨损 48 当磨损量达到一定值后 裂纹的扩展速度会呈指数上涨 并大大降低主轴的可靠度。 磨损过程的性能参数除上文的磨损量以及振幅外 还包含磨损速度、磨损强度等。现阶段 磨损量与磨损速度关系以及磨损量与磨损强度关系的研究存在大量定量分析 而磨损量与振幅关系的研究工作只停留在定性分析和经验公式。此外 在主轴磨损性能测量时 磨损速度与磨损强度都很难精确测得 因此通过试验测量磨损速度或磨损强度的随时间变化数据需要很精密的测量仪器 然而对于振幅数据的获取只需在主轴上安装加速度传感器并通过后期处理即能得到振幅随时间变化的曲线。所以建立磨损量与振幅定量关系对后期的工作提供有效的保证 49 50 通过国内外研究现状可以发现磨损量与振幅的定量关系式的研究暂不成熟。