本发明涉及一种直驱双轴转台振动特性分析方法，尤其是一种基于有限元分析软件的直驱双轴转台振动特性分析方法。
背景技术：
1、双轴转台是五轴联动数控机床的关键部件，其特性影响整机的性能。随着数控机床智能化、高精密、高动态响应的需求，直驱双轴转台已经成为多轴机床的必选配套关键功能部件。在直驱双轴转台研发、优化程中，需要分析其振动特性，从而进行结构优化及附件选型，以缩短研发周期并保证转台的性能。
2、现有直驱双轴转台振动特性分析方法是利用检测温度及变形的仪器，直接对机床关键部位在各种运行工况下的温度场及振动变形场进行测量，并根据测量结果分析总结各种因素对直驱双轴转台温度场及振动变形场的影响作用及规律，分析过程不仅费时费力，成本较高，而且分析结果准确性差。
3、有限元分析软件是利用数学近似的方法对真实的物理系统（包括几何结构和载荷工况）进行模拟的软件。该类软件利用简单而又相互作用的单元，即用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统，进而深入了解复杂系统和结构，可用于结构、热、流体、电磁等多个领域的分析。但是目前，由于该类软件各个模块处理器相对独立，针对直驱双轴转台这类复杂结构，还没有简便和直接的分析方法。
技术实现思路
1、本发明是为了解决现有技术所存在的上述问题，提供一种基于有限元分析软件的直驱双轴转台振动特性分析方法。
2、本发明的技术解决方案是：一种基于有限元分析软件的直驱双轴转台振动特性分析方法，依次按照如下步骤进行：
3、步骤1. 建立直驱双轴转台三维模型并进行预处理
4、步骤1.1根据直驱双轴转台结构设计方案，建立直驱双轴转台三维模型；
5、步骤1.2去掉直驱双轴转台三维模型中小型附件、边长小于等于5 mm的倒角及半径小于等于5 mm的圆角，并将过盈配合结构和固定结合面采用共享拓扑方式处理；
6、步骤2.求解直驱双轴转台冷却管道热的热载荷
7、步骤2.1利用三维软件抽取直驱双轴转台冷却油路的流体等效三维模型，输入至有限元分析软件的流体前处理模块，将流体等效三维模型进行网格划分；
8、步骤2.2确定冷却液体积流量及流速
9、根据力矩电机选型，分别获得额定功率 p、损耗功率，冷却油比热，冷却油出入口温度，得到冷却油体积流量及流速如下：
10、，流速，所述a是冷却油道的横截面积；
11、步骤2.3确定电机定子与冷却油道的对流换热系数
12、按照如下公式确定电机定子与冷却油道的对流换热系数；
13、式中为努赛尔数，为冷却油的导热系数， d为冷却管道直径；
14、所述，式中为雷诺数，为普朗多维数， l为冷却管道几何特征长度；
15、雷诺数，所述为冷却油运动粘度，为冷却油密度；
16、普朗多维数；
17、步骤2.4确定力矩电机转子换热系数；
18、；其中为转子转速；
19、步骤2.5根据直驱双轴转台的冷却油路分布进行各端口设定，同时将入口设置为压力入口或速度入口，出口设置为压力出口；
20、步骤2.6在有限元分析软件的fluid flow模块中，将直驱双轴转台与空气接触的表面设置为对流换热型式，并按照直驱双轴转台实际工作条件输入入口温度、环境温度及2.1-2.5得到的结果，设置直驱双轴转台的冷却管道油路与摇篮铸件的接触面为耦合面，利用simple算法求解冷却油路的热载荷；
21、步骤3. 求解直驱双轴转台热影响下的变形场
22、步骤3.1根据直驱双轴转台结构对各零件进行材料赋值，用六面体结构化网格划分所有零件，对耦合面位置通过虚面切割方法对网格细化，所有零件结构的截面梯度变化至少划分3层；
23、步骤3.2输入直驱双轴转台中主要零部件的密度、泊松比及质量，所述主要零部件为气动钳夹、工作台、力矩电机、防护盖、圆光栅、转台轴承、c轴摇篮铸件、a轴固定座；
24、步骤3.3将步骤2计算得到的热载荷施加到直驱双轴的冷却管道上；
25、步骤3.4 向c轴工作台台面施加待加工零件重力载荷和切削力载荷，对a轴固定座外圆端面固定约束，对直径大于10mm的螺栓孔进行等效弹簧方式固定约束；
26、所述等效弹簧方式固定约束是将螺栓孔上截面边界圆耦合到圆心位置a，螺栓孔下截面边界圆耦合到圆心位置b，ab两点之间添加弹簧联结，输入弹簧刚度值，设置ab两点固定约束；
27、步骤3.5在直驱双轴转台整体结构上输入重力加速度9.8m/s2；
28、步骤3.6利用有限元分析软件static structural模块的direct算法求解直驱双轴转台热影响下的变形场；
29、步骤3.7按照直驱双轴转台精度要求评价变形场的正确性，若满足精度要求，则进行第4步骤，否则，需要进行步骤3.8；
30、步骤3.8判断主要零部件是否有遗漏，若有遗漏，返回步骤1，否则，返回步骤2；
31、步骤4.直驱双轴转台振动特性分析
32、步骤4.1将步骤3获得的直驱双轴转台热影响下的变形场输入到有限元分析软件的模态模块，设置frequency分析步，设振动频率阶数10，使用lanczos迭代法求解矩阵的极端特征值，得到前10阶振动频率及主振型；
33、每阶临界转速rpm等于对应阶固有频率hz乘以60；
34、步骤4.2评价直驱双轴转台振动特性
35、将每阶临界转速与直驱双轴转台最大工作转速进行对比，若两者不相等，则直驱双轴转台振动特性优，否则，振动特性差。
36、本发明通过分析直驱双轴转台热量传递过程及转台表面与空气之间的热交换类型，根据转台结构分别确定各关键零件与空气之间的对流换热系数，在有限元分析软件求解器中设置油膜与转台接触面为耦合面，反映油液与转台之间的热量传递情况；同时利用试验分析结果修正转台表面热交换系数，从而提高直驱双轴转台的热特性数值分析结果的精度。本发明利用在有限元分析软件建立油膜与转台热固耦合的结构化模型，分析转台热变形及油膜热特性，通过设置frequency分析步，使用lancos迭代法进而得到直驱双轴转台振动特性，包括振动频率、主振型和对应的临界转速。本发明操作简单、速度快、效率高、成本低，大大节省了直驱双轴转台振动特性的分析时间，对直驱双轴转台的结构设计与优化有巨大的指导意义。
1.一种基于有限元分析软件的直驱双轴转台振动特性分析方法，其特征在于依次按照如下步骤进行：
