姜子钘，周 军，赵玉珊，张春波，乌彦全

(哈尔滨焊接研究院有限公司，黑龙江 哈尔滨 150028)

0 引言

在航空航天产品的制造过程中，采用焊接技术能够降低生产制造的成本，简化装备的设计结构。惯性摩擦焊作为一种高效、节能的绿色焊接技术，已经广泛应用于航空工业领域。为使惯性摩擦焊机主轴具有较高的刚度并且减小振动，对主轴的动静态特性进行数值分析，改善其薄弱环节，提高设计效率，减少试验成本，对提高惯性摩擦焊机的设计水平具有非常重要的理论和现实意义[1]。本文使用有限元法对惯性摩擦焊机主轴动静态性能进行分析，得到静态主轴刚度值和动态的模态分析结果，以优化主轴的结构，使得惯性摩擦焊机具有较高的回转精度和较好的动态响应特性。

1 惯性摩擦焊机主轴的结构

本文的研究对象为惯性摩擦焊机的主轴系统，其结构简图如图1所示。主轴总长度为2 025 mm，转速设计最高为650 r/min。主轴系统共有6列轴承，全部为德国FAG轴承。中间两列推力调心滚子轴承用于承载轴向的作用力，最左侧的推力调心滚子轴承不受力的作用，但可以对主轴的轴向进行预紧，以增加主轴的刚度，主轴结构径向受力分析时不需要考虑此3列推力轴承。

2 主轴有限元模型的建立

研究对象为变截面的阶梯轴，具有中空、多支撑的结构特点。为计算方便，在建立主轴的CAD模型时，对其做出如下的简化：对螺纹、键槽、倒角等细小特征忽略不计；对CAD模型的小曲率曲面进行直线化和平面化处理；……