复合材料层合壳在碳纤维主轴中的建模及仿真分析

来源：机床与液压杂志2021年第22期北京时间：

作者：张博宇，张伟

单位：北京工业大学材料与制造学部；北京工业大学材料与制造学部

摘要：现有技术中的机床主轴质量比过大、惯性矩大，不适用于高速加工。而碳纤维主轴轻质高强，有利于减小芯轴的转动惯量，在确保主轴高速加工中快速响应的同时还可以很好地控制精度。以碳纤维主轴上的T300碳纤维环氧树脂复合材料层合壳为研究对象，首先应用拉格朗日方程建立线性动力学模型，通过瑞利-里茨法计算得到刚度矩阵和质量矩阵，求出模型的低阶固有频率值。再应用有限元软件ABAQUS，将数值模拟与理论计算所得到的固有频率进行对比，研究不同几何参数对固有频率和主振型等振动特性的影响。结果表明：不同几何参数对T300碳纤维环氧树脂复合材料层合壳固有频率和主振型均有较大影响，对实现机床主轴轻量化、保证刚度均有重要的指导意义。

关键词：碳纤维主轴;轻量化;振型;刚度