研究与分析
doi ;10. 16576/j. cnki. 10074414. 2016. 06. 024
2016年第6期（第29卷，总第146期）·机械研究与应用
C630车床主轴箱静力分析
李磊李健
（广西科技大学机械工程学院，广西柳州545006）
摘要：应用UG软件对主轴箱建模，以C630车床主轴箱为研究对象，应用有限元分析软件ANSYSWorkbench建立主轴箱模型，并对其进行静力分析。通过对有限元计算结采的分析，得到机床主轴箱模型结构的应力和应变大小，从
箱的设计水平具有重要意义。实践表明，对主轴箱进行有限元分析，能够有效地提高主轴箱设计质量。关键调：主轴箱；ANSYSWorkbench；静力分析
中图分类号：TG519
文献标志码：A
文章编号：10074414(2016)06008203
Static Analysis on Headstock of the C630 Machine Tool
LI Lei,LI Jian
( Department of Mechanical Engineering, Guangxi Unixersity of Science and Technology, Liuzhou Guangxi 545006, China) Abstract: In this paper, the UG software is used to model the headstock. Taking headstock of the C630 machine tool as the research object, the headstock model is established with the finite element analysis software ANSYS Workbench, and static a-nalysis is then conducted. Through analyzing the calculation results of FEA, the stress and strain of the model structure of the headstock are obtained, so as to analyze whether the structural stiffness and strength can meet the initial design requirements. These results provide a theoretical basis for design and manufacturing of the machine tool, and it is important to improve the designing level of machine tool headstock. Practice shows that it can effectively improve the design quality of headstock by the finite element analysis.
Key words : headstock; ANSYS Workbench; static analysis
引言 0
主轴箱是机床的主要受力部件，其强度和刚度直接影响到整机的加工精度和加工平稳性。主轴箱是重型机床的重要零部件之一，在机床加工中起着关键作用。以C630机床主轴箱为研究对象，应用AN-SYsWorkbench对主轴箱进行静力分析。通过对有限元计算结果的分析，得到机床主轴箱的刚度和强度分析结果。对主轴箱进行分析，了解其静态特性，可
指导主轴箱的设计，提高机床的加工精度。 1静力分析基础
静力分析是有限元分析的基础，主要用来分析结构在静力载荷作用下两者之间的响应关系。通常情况下主要计算由静力载荷引起的结构位移变形、约束反力、应力和应变等参数。在静力分析时材料应该满足线弹性材料以及小变形理论[1]。
在进行静力分析时一般不考虑惯性作用的影响。它可以分析一些恒定不变的惯性力（如离心力和重力等）对模型结构的影响2。通过静力分析，可以得出模型结构的应力和应变的大小，从而可以分析结构
的刚度和强度能否满足最初的设计要求[3]。*收稿日期：2016-09-27
式：
由经典力学理论可得出物体的力平衡通用方程[M]X+[C]X+[K]IX=IF(1)
式中：XI为位移矢量；等号右边的FI是力失量；[M]表示质量矩阵；［C]表示阻尼矩阵；[K]表示整体结构刚度系数矩阵。
有限元素法的主要思路其实就是把一个整体划分为很多个类似的小单元，而且每个单元都能建立力的平衡方程式。如式(2)所示：
[k]ix =tf?
(2)
式中：x表示单元节点上的自由度：f表示作用在单元节点上的力；1x和f都为12×1的向量；[]表示每个单位所变形需要力的大小，由上式可知【] 为12×12的矩阵。
如果把所有单元力的平衡方程式结合在一起就可以得出整体结构力的平衡方程，如式（3)所示
[K]IXI =IF}
(3）
式中：「K表示整体刚度矩阵：X表示整体结构所有单元节点上的自由度；1F表示作用在节点上的外载荷。
作者简介：李磊（1990－），男，山东东营人，在读研究生，研究方向：机械设计及理论。·82．万方数据