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作为发动机配气机构中控制气门开启和闭合动作的重要零件,凸轮轴的加工质量往往直接关系到发动机性能。凸轮轴加工的最后一道关键工序是磨削加工,因此凸轮轴磨床必须具有良好的抗振性能才能保证加工的凸轮轴符合实际生产要求。其中磨床主轴系统的振动是磨床振动的主要源头之一,因此有必要对凸轮轴磨床主轴系统进行静动态特性分析。本文针对MKS8318凸轮轴磨床砂轮主轴系统,以改善砂轮主轴系统静动态特性、提高机床加工性能为研究目的,利用有限元仿真与试验测试相结合的方式,进行了主轴系统的性能分析和结构参数优化设计,论文主要完成了以下工作:(1)根据凸轮轴磨床主轴系统结构和实际工况,利用三维设计软件SolidWorks建立了磨床砂轮主轴系统的参数化三维实体模型。将模型导入ANSYS Workbench有限元分析软件中,确定主轴系统所受载荷和约束条件,建立了精确的磨床主轴系统有限元模型。(2)运用ANSYS Workbench对砂轮主轴系统进行了静动态特性的有限元分析,根据得到的砂轮主轴系统在静载荷作用下的变形,计算了系统静刚度。通过对主轴及砂轮主轴系统分别进行模态分析,分别得到了主轴和砂轮主轴系统前七阶振型及相应的固有频率,计算得到砂轮主轴系统各阶临界转速。结合砂轮主轴谐响应分析得到的主轴系统位移频率响应曲线,证实了主轴系统的设计合理性。(3)分别构建了砂轮主轴系统静刚度和系统试验模态测试系统,对砂轮主轴系统径向刚度和系统固有频率进行了测试,将测试结果与有限元分析结果进行比对,证实了有限元模拟的准确性,同时也为砂轮主轴系统的结构参数优化设计提供了可靠的数据及优化方向。(4)基于主轴参数化模型,研究了对砂轮主轴系统静动态特性影响较大的几个主轴关键部位,以主轴刚度为优化目标,主轴主锥面长度、轴承电机距离、跨距为设计变量,对主轴部件结构参数进行优化。优化结果表明主轴静刚度及砂轮主轴系统固有频率均得到了明显的提高,提升了主轴性能。