基于ANSYS的細長軸車削加工屈曲分析

劉 芳，安向東，張素香

(中原工學院機電學院，河南鄭州450007)

0 引言

細長軸作為機械零件中重要的軸類零件，由于其長徑比大于20，導致其剛性差，在車削加工過程中難以滿足精度要求，一直以來成為機械加工行業中的一大難題。細長軸類零件屬于細長桿件，在車削加工過程中，如果受到的軸向力過大，那么工件可能會由于被壓彎導致失穩，難以滿足加工精度的要求。因此，為了確保細長軸的加工精度，對細長軸車削加工進行屈曲分析，為細長軸車削加工提供理論依據。

1 細長軸在進給力作用下的彎曲模型

考慮到細長軸的實際車削加工情況，建立細長軸車削加工示意圖，如圖1所示:

圖1 細長軸車削加工示意圖

細長軸在車削加工過程中由于受到進給力的作用，可能會由于細長軸被壓彎而導致失穩，根據實際車削加工情況，建立如圖2所示的細長軸在進給力作用下的彎曲模型，并對其約束進行如下優化:三角卡盤簡化為固定端限制全部自由度，頂針端簡化為鉸支端限制z軸向自由度。圖中為細長軸的長度，為細長軸的撓度，為細長軸所受的進給力，為B端所受的支反力。

圖2 細長軸在進給力作用下的彎曲模型

由材料力學知識可得細長軸在進給力作用下彎曲模型的撓曲線微分方程為:

上式微分方程的通解為:

求得ω的一階導數為:

由此可得細長軸失穩的臨界力為:

2 非線性屈曲分析

2.1 有限元模型的建立

本節利用有限元仿真軟件ANSYS對細長軸車削加工時進給力對車削穩定性的影響做屈曲分析，首先對細長軸進行網格劃分，如圖3所示。……