李 健， 徐 敏， 张 宝

(广西科技大学 机械工程学院，广西 柳州 545006)



基于模态和灵敏度的主轴箱有限元分析与优化设计*

李 健， 徐 敏， 张 宝

(广西科技大学 机械工程学院，广西 柳州 545006)

以CJK6132数控车床主轴箱箱体作为主要研究对象，利用ANSYS Workbench对主轴箱箱体进行三维实体建模，对主轴箱进行动静态分析。根据有限元分析结果，以主轴箱箱体壁厚作为设计变量，箱体质量、应力、应变、第一阶固有频率作为输出参数，利用设计变量与输出参数之间的灵敏度大小简化需优化的模型，在保证主轴箱动静态特性的基础上以主轴箱质量最小为优化目标，运用多目标多尺寸的优化分析，对主轴箱箱体进行有限元分析及优化设计。根据主轴箱优化结果，综合考虑主轴箱的实际工作情况，修改主轴箱箱体的结构，得到优化后的主轴箱模型结构。结果表明，优化后箱体的结构刚度、强度变化不大，固有频率有所降低，重量减轻了12.54%。

主轴箱; 模态分析; 灵敏度; 优化设计

0 引言

主轴箱是机床的核心部件，主要用来安装机床主轴以及其它传动零件或附加机构[1]。主轴箱内部结构差异比较大，受力过程较复杂，所以，主轴箱的结构对整个车床产品精度以及质量的提高至关重要[2]。为此很多人利用现代设计方法对主轴箱的结构进行分析与优化，如文献[3-5]对机床主轴箱进行了各种分析与优化，但他们都是按常规的软件分析方法来分析和优化，文献[3]只对机床主轴箱结构作了特殊设计，文献[4]只对车床主轴箱作了转速计算和受力分析计算等，文献[5]按ANSYSWorkbench有限元分析和优化步骤，以一些设计参数作为变量，以箱体最轻为优化目标进行优化计算。……