滑移及黏度对超精密气浮工作台性能影响研究

针对超精密气浮工作台内部微小间隙气体的性能展开研究,实现了微尺度下气体滑移及黏度对气浮工作台性能影响的分析。基于气体润滑理论和微尺度下气体滑移和黏度的研究,实现了气浮工作台内气膜流态模型的修正,利用有限差分法给出了雷诺方程的数值求解过程;通过求解修正模型,分析不同供气压强和气膜间隙下,滑移和黏度对气浮工作台性能影响的机理。研究结果表明:气体滑移和黏度会引起气浮工作台承载力的降低和气膜刚度的增大,但不会改变供气压强和气膜间隙对工作台的影响趋势,只是影响程度发生改变,当同时考虑滑移和黏度时,承载力比忽略时降低最多(约为21.95%),最大刚度比忽略时提升最大(约为15%)。滑移和黏度的存在使得气浮工作台的实际性能最优参数小于理想的最优性能参数,最优气膜间隙由原来的10μm变为6μm。最后,通过试验验证发现,同时考虑气体滑移和黏度时,气浮工作台的性能最接近实际工况,承载力的仿真曲线与试验曲线最吻合,刚度的试验值与仿真值的误差约为9.59%。     

考虑模态特性的高速机床进给系统刚度匹配研究

为了得到进给系统的最优动态特性,建立了进给系统的动力学模型。采用有限元法对高速机床进给系统的部件与结合面进行刚度设计,通过分析进给系统的振动形式,找出了在各种因素下系统模态参数的变化规律,以工作台的结构设计为例,进行了合理的刚度匹配。进给系统在低频段沿进给方向振动,最显著的影响因素是工作台的质量、丝杠-螺母副接触刚度、轴承副接触刚度和丝杠自身的拉压刚度,当系统沿垂直于工作台的方向振动时,受导轨-滑块结合面刚度的影响较大。在不同导轨、滑块跨距组合参数下,对系统模态的特性变化规律进行了分析,当滑块跨距为400mm、导轨跨距为300mm时,系统模态为最优分布。研究表明,该刚度匹配设计方法可使工作台的质量减小10%,进给系统的1阶固有频率提高9%,从而验证了该方法的准确性。     

精密工作台空气静压导轨静刚度参数的试验研究

本文采用试验设计、方差分析等数理统计方法,研究了承载能力、气压、气垫结构等因素对导轨静刚度的影响。找出了气垫结构对静刚度的影响最为显著的结果并得到了各参数的较好水平组合,对提高导轨静刚度,改善工作台的精度和平稳性具有重要作用。     

舰炮弹库出弹平台进给系统动态特性分析

利用弹簧-阻尼模型建立了大口径舰炮弹库出弹平台进给系统中滚动轴承、丝杠螺母副及滚动导轨副结合面的等效动力学模型,综合考虑了滚珠丝杠纵向、扭转和横向振动,以及弹箱所在工作台的6个自由度的振动,借助Hertz接触理论,分析计算了滚动轴承、丝杠螺母副及滚动导轨副结合面的刚度特性。基于模态分析法对比分析了考虑结合面接触刚度和不考虑结合面接触刚度情况下整机的动态特性,得出结合面特性对整机动态特性分析的重要性,为提高系统的抗振能力提供了依据。     

重型立式车床工作台精度的调整方法

数控重型立式车床南于加工零件重量一般在100 t以上,其工作台一般采用静压导轨结构,为了保证重型立式车床工作台静压导轨的精度和汕膜刚度,要求工作台静压导轨汕膜间隙控制在0.03~0.04 mm以内,使工作台和工作台底座有良好的接触，才能保证工作台静压导轨的正常使用。工作台和工作台底座精度的调整方法对静压导轨的精度和汕膜间隙起着决定性的作用.由于工作台导轨为超大直径的环形结构,工作台导轨精度误差包括工作台导轨端面跳动误差和安装水平误差两部分.如果要将工作台导轨这两项误差的综合累积误差控制在0.03~0.04 mm以内,就必需采取科学、合理的精度调整方法.     

机床导轨结合部优化设计方法与程序

本文论述了机床导轨结合部优化设计方法及其程序概要。程序是在关于导轨结合部刚度特性、摩擦特性、阻尼特性及切削点相对位移等的研究的基础上逐步开发、扩展起来的,每一步开发都进行了实验验证。解析结果与实验结果的对比表明解析方法及程序正确、可靠。     

坐标测量机动力学刚度估计与加速度误差补偿

提出了用于坐标测量机(CMM)加速度误差补偿的气浮导轨的刚度和阻尼的估计方法.利用CMM框架模型建立振动方程,并转化为包含刚度和阻尼参数的惯性系统的频响函数形式.通过试验测试了CMM系统的加速度频率响应,由相应的Bode图而非Levy法估算了CMM气浮导轨的刚度与阻尼,对参数辨识后的CMM系统进行模态分析,从而得到了采用模态叠加法的加速度误差补偿模型.试验表明,用该方法进行的加速度误差补偿,CMM测端处误差预测值与实测倬的相关系数大于0.7,证明了该方法的可靠性.     

机床导轨结合部接触刚度及其影响因素的研究

本文首先对设定条件下的平面移动型结合部的接触变形进行了基本理论解析,并将这种基本解析应用于机床的滑动导轨结合部,对由于接触变形而引起的工作台位移即工作台运动中的姿态变化进行了理论解析。其次,应用由计算机、激光测量装置等组成的测量系统测出工作台运动中的姿态变化,通过实验验证了理论解析的正确性。此外,本文还对影响机床滑动导轨结合部接触变形的因素及其影响程度进行了定量分析,为寻求减小导轨结合部接触变形对机床加工精度影响的措施提供了理论依据。     

气浮结构的浮态和运动特性分析与试验

研究了筒型基础结构气浮的浮态和运动特性。假设浮筒内的空气为理想气体 ,导出了气浮力的计算式 ,建立了气浮结构静稳态的分析方法和浮态参数的计算方法。按单自由度刚体弹簧体系求得了气浮结构升沉运动的固有周期 ,并对气浮结构的动态特性进行了分析。浮态理论计算结果与模型试验和现场试验数据吻合。文中引进的气浮力折减因数体现了气浮体的恢复力刚度系数与普通浮体的差异 ,该参数对气浮体的浮态、稳性、运动特性都有很大的影响。     

精密直线滚动导轨的预加载荷及刚度计算

本文解决了已知钢球过盈尺寸求预加载荷,以及已知预加载荷时对直线滚动导轨的刚度的理论计算问题;并与实验结果进行了对比。从而为预紧的精密直线滚动导轨的设计提供了一个理论依据。     

精密导轨运动特性实验装置设计

为了进一步研究不同类型导轨在小行程微位移情况下,尤其在微纳米运动尺度下,运动特性对精密仪器精度的影响,并且考察导轨的低速爬行等性能对运动平稳性、准确性的影响.设计了一种精密导轨运动特性实验装置.该装置采用直线步进电机和通过滑轮上的细绳牵引滑块移动两种驱动方式,并设计了滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三种导轨类型.这种设计形式为微纳米运动条件下,测试与分析实验结果、明确速度与摩擦力的关系、减小系统误差、提高仪器精度等提供了理论基础.     

径向波箔轴承的设计计算和试验研究——(Ⅱ)几何参数计算和实验研究

本文根据大量试验结果,提出了径向波箔轴承几何参数的设计计算公式;介绍了高速轴承试验台的结构和试验方法(试验台的所有支承轴承和加载装置的活动联接全部采用气体润滑);对几种不同参数的皮箔轴承进行了初步的静态特性试验。试验结果与理论计算基本相符。     

自动调节气压卸荷导轨的研究

自动调节气压卸荷导轨利用压缩空气支承部分导轨载荷，以降低导轨面上的正压力，从而降低摩擦力。当载荷变化时，气压也随之而变，以保持导轨面的正压力和摩擦力基本不变。这种导轨可以降低进给功率，提高工作台的定位精度和导轨的精度保持性，刚度比普通滑动导轨和滚动导轨高很多，抗振性高于滚动导轨。对它的加工要求，与对普通滑动导轨相同，远低于液体静压导轨。工作介质为空气，不污染环境，不需回收。可广泛地应用于精密和重型机床如坐标镗床、数控机床和加工中心。     

鼠笼弹性支承的刚度计算及其影响因素的分析

为了更加准确地计算出鼠笼弹性支承的刚度值,基于鼠笼弹性支承受力特性、鼠笼的加工方法和理论公式的推导等,进行了鼠笼弹性支承刚度的计算和影响因素分析。首先,在现有计算公式的基础上,结合鼠笼的加工方法和几何关系对理论计算公式进行了进一步的推导;然后,结合实验测试分析了鼠笼半径对鼠笼弹性支承计算刚度值的影响;最后,对比了推导公式和现有公式的计算准确性。研究结果表明：鼠笼半径对鼠笼弹性支承计算刚度值的影响较小,同时推导公式比现有公式计算的结果更加准确。     

H型钢梁与矩形钢管柱端板单向螺栓连接节点

进行了6组平齐式、外伸式端板单向螺栓连接节点试验,并在现有研究成果的基础上,分别推导了单向螺栓抗拉刚度、受拉端板抗弯刚度、柱壁抗拉刚度、柱壁抗压刚度和受压外伸式端板抗压刚度的计算式.利用组件法推导了平齐式、外伸式连接节点在弯矩作用下初始转动刚度的理论计算公式.结果表明：给出的节点初始转动刚度的计算式与试验结果吻合较好,精度可满足工程设计的要求.最后,提出了H型钢梁与矩形钢管(RHS)柱端板单向螺栓连接节点的设计建议.     

基于损伤本构关系的钢筋混凝土双向压弯截面分析

基于混凝土材料的损伤本构关系和平截面假设,推导出钢筋混凝土双向压弯截面刚度矩阵的计算公式．为研究混凝土损伤本构关系对截面分析的影响,用推导的截面刚度矩阵进行钢筋混凝土双向压弯截面分析,理论结果与试验数据进行比较,二者吻合较好;并与用我国混凝土结构设计规范中的混凝土非线性分析本构关系分析的计算结果比较,二者计算结果相符．表明本文方法计算可行,并通过本文方法计算结果可以了解、评估结构内部的损伤分布情况．     

铝合金板式节点初始刚度

铝合金板式节点变形分为节点板中心区域变形、节点板与杆件错动以及杆件自身变形三部分.对铝合金板式节点的受弯机理进行分析,得到节点初始弯曲刚度公式.在试验基础上,分析试件的抗弯性能,得到弯矩-转角曲线.采用ABAQUES软件对节点进行数值模拟,数值结果与试验结果吻合较好.通过参数分析得知节点板厚度、杆件截面高度、螺栓数量及节点板半径对节点初始弯曲刚度的影响.最后将理论结果分别与数值结果和试验结果进行比较,验证了公式的合理性.     

基于改进响应面法的T型件抗拉刚度分析

研究钢节点或组合节点的刚度,通常采用EC3提出的组件法。T型件是组件法中一个重要的组件,但现有的T型件抗拉刚度计算公式过于复杂,且准确性不高。基于ANSYS有限元模型,通过析因实验和方差分析确定对T型件抗拉刚度有影响的主要参数;并根据理论分析确定响应面函数形式。最后,采用基于蒙特卡罗法改进后的响应面法对T型件抗拉刚度进行拟合,得到准确度较高且便于应用的T型件抗拉刚度经验公式。     

考虑楼层刚度的伸臂结构力学性能

针对带伸臂框架-核心筒的结构方案设计提出了一种考虑普通楼层刚度的简化计算方法,并将此方法与有限元模型计算结果进行对比 . 在此基础上对楼层数量、楼层刚度比、伸臂刚度比、伸臂跨度比及高跨比等参数影响规律进行分析,提出了考虑普通楼层刚度的等效核心筒刚度比计算公式,并分析对比了其对伸臂结构动力性能影响规律. 结果表明：简化计算方法与有限元模型计算结果吻合较好,相对未考虑普通楼层刚度情况误差率减小 20%;提出的等效核心筒刚度比公式能较好地估计普通楼层对整体刚度的贡献,能满足工程方案设计精度要求,且拟合的等效核心筒刚度比计算公式能简化结构动力分析,近似估计伸臂结构动力特性,为带伸臂框架-核心筒的结构动力分析提供简单的实用分析方法和理论依据.