电主轴支座是高速磨削机的关键部位，承受着磨削过程中复杂载荷的作用，它的静、动态特性直接影响磨削机的磨削精度及其稳定性。为了减少设计周期，改变以往经验设计的盲目性，定量分析主轴支架结构强度，增加结构设计的合理性。本文采用Solidworks初步设计主轴支架的三维模型结构，通过有限元分析软件ANSYS Workbench来对支架结构进行静、动态分析及结构拓扑优化。
      可靠、准确的结构模型是应用有限元ANSYS Workbench的前提条件之一。在建立模型前，必须根据安装位置，功能要求等综合考虑各部位的结构。本文研究过程中采用专业的三维绘图软件Solidworks中建立主轴支架，对于一些细小特征如倒角、凸台、螺钉孔等，因为对结构整体的性能影响很小，根据圣维南原理，对这些细小结构进行了适当的简化。简化后的模型不会对分析结果产生明显的影响并且大大的提高了有限元分析效率。图1为主轴支架简化后的模型图。通过Solidworks设置材料为Q235A，得出铸件质量为200.584kg。
      本文选用ANSYS Workbench作为有限元分析软件，运用AWE(ANSYS Workbench Environment)中有限元分析模块和优化设计模块。对主轴支架进行模型导入、网格划分、静力学分析、模态分析及拓扑优化。
      ANSYS Workbench可以和Solidworks软件完成无缝连接，能够实现模型传递过程中无元素丢失。首先定义材料属性，电主轴支架的材料为普通碳素结构钢Q235A，给材料输入相应的参数：弹性模量为2.12×10¹¹Pa，泊松比为0.288，密度为7860kg/cm³。然后对电主轴支架进行网格划分，为了取得更准确的结果，对支架中主轴套筒和安装部位网格尺寸选10mm，其余部位选20mm，对整个支架采用自动网格划分，软件对电主轴安装套和安装固定部位采用四面体网格，其他部位采用六面体网格，共包含175498个节点，107062个元素。划分后的网格见图。
      电主轴支架在工作过程中主要受到自身重力、电主轴和小磨头的重力、磨削时砂轮产生的磨削力和相应的扭力。根据磨削切向力估算公式，本设备采用的主轴电机的功率P=20kW，最高转速为n=6000r/min，砂轮直径为D=400mm，设备磨削时砂轮的最低线速度为v=40m/s，所受最大切向磨削力Ft=ηP/v=0.9×20000/40=450（N），则相应的最大法向磨削力为Fn=1800N，最大扭矩T=450×172=77400（N/mm），主轴对套筒的最大压力为G1=2000N，小磨头及其安装架对支架压力为G=2000N。图3为受力图。A-固定约束；B-小磨头压力重力；C-电主轴重力；D-磨削力；E-扭矩。图3主轴支架载荷和约束图接着对主轴支架的总变形以及应力进行求解。
      接着对主轴支架的总变形以及应力进行求解。求解结果显示最大应力为15.035MPa，出现在固定位置与支架的连接处，主轴支架的材料为普通碳素结构钢Q235A，屈服强度为235MPa，查表取安全系数为2.0，则许用应力为117.5MPa，远大于结果中的最大等效应力，因此主轴支架结构可以满足强度要求。
      图为总变形云图及各方向的变形云图。从变形a图可以清楚的看出结构最大变形出现在小磨头安装端，最大值为0.04446mm。从b、c、d图可以得出X、Y、Z各方向的最大变形量分别为0.03479mm、0.02128mm、0.02301mm。a.总变形云图b.X方向变形c．Y方向变形d.Z方向变形图4变形云图2.3主轴支架的模态分析主轴砂轮在工作过程中存在振动不稳定性，为了减小磨削过程中砂轮的振动，对电主轴支架进行模态分析具有重要意义，模态分析可以确定主轴支架的固有频率和振型，可以避免共振的发生。

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