Design of machine tool spindles using finite element methods

Abstract

ÖZET TAKIM TEZGAHLARININ FENER MİLLERİNİN SONLU ELEMANLAR METODU İLE TASARIMI DEMİRHAN Necdet Doktora Tezi, Makina Müh. Böl. Tez Yöneticisi: Prof. Dr. t. Hüseyin FİLÎZ Haziran 2003, 123 sayfa Bu tezde, takım tezgahlarının fener mili üniteleri sonlu elemanlar metodu kullanılarak analiz edilmiştir ve tasannu yapılmıştır. Fener mili ünitesinin sonlu eleman modelini inşa etmek için gerekli olan ANSYS ön-işlem kodlarını üreten bir program geliştirilmiştir. Fener mili ünitesinin çok kademeli bir mil, bir düz dişli ve rulmanlardan oluştuğu düşünülmüştür. Fener milleri, düz dişliler ve rulmanlar ANSYS de ayrı ayrı analiz edilmiştir. Silindirik makaralı rulmanlarda sonlu elemanlar analizini basitleştirmek için uygun bir yaklaşım önerilmiştir. Geliştirilen yazılım kullanılarak tüm bileşenlerinin birbiriyle doğrudan etkileştiği bir bütün olan herhangi bir fener mili ünitesinin toplam sehimi bulunmuştur. Fener mili ünitesinin 3 -boyutlu statik analizi açıklayıcı bir örnek ile gösterilmiştir. Anahtar Kelimeler: Takım tezgahlan, Fener mili üniteleri, Sonlu elemanlar metodu, ANSYS. iv

ABSTRACT DESIGN OF MACHINE TOOL SPINDLES USING FINITE ELEMENT METHOD DEMİRHAN Necdet Ph. D. in Mechanical Eng. Supervisor: Prof Dr. İ. Hüseyin FİLİZ June 2003, 123 Pages In this thesis, spindle units of machine tools are analysed and designed using finite element method. A program which produces ANSYS pre-processor codes needed for building finite element model of the spindle unit is developed. A spindle unit is considered to consist of a multi-stepped shaft, a spur gear and bearings. Spindles, bearings and gears are analysed separately in ANSYS. A suitable approach has been suggested for simplifying the finite element analyses of the cylindrical roller bearings. Using the developed program, the total deflection of any spindle unit as a whole where all the components are in direct interaction with each other is found. Three-dimensional static analysis of the spindle units is presented by an illustrative example. Key Words: Machine tools, Spindle units, Finite element method, ANSYS. in