直线滚动导轨考虑滑块体弹性变形时的刚度计算

本文应用赫兹（Hertz）弹性接触变形理论,以及有限元方法,分析了直线滚动导轨考虑滑块体弹性变形时的工作机理,即物理关系和几何关系,导出了承受垂直载荷时的刚度计算方法,并通过实验验证了本计算方法的有效性.     

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。     

滚动直线导轨副的优化设计

为了研究提高滚动直线导轨副固有频率的方法,建立滚动直线导轨副有限元模型,通过时域分析,研究导轨副中滚珠材料、导轨材料、滑块材料、滚珠数目、滑块肋板厚度对滚动直线导轨副刚度的影响。结果表明,在载荷一定的情况下,为使滚动直线导轨副变形最小、应力最小,应该选择最优的材料参数、最优的滚珠数目,同时选择最优的肋板厚度。研究结论为滚动直线导轨副的结构优化设计提供了理论参考,并可以有效提高设计效率。     

液体静压导轨油膜结合面误差对导轨几何误差的影响机制

液体静压导轨是超精密车床的主要核心部件，其几何误差对超精密车床的加工精度起着至关重要的作用。制造装配误差以及变形误差是影响液体静压导轨几何误差的主要因素。为了提高液体静压导轨几何误差和精度保持性，该文建立液体静压导轨流固耦合仿真模型和螺栓预紧力学模型，分别讨论油压等因素作用下的静压导轨变形和螺栓预紧变形规律，提出表征制造装配误差的数学模型，建立油膜均化作用下的变形误差传递模型，分析导轨压板油膜结合面误差(即压力油膜所支承的结构表面误差)对工作台几何误差的影响机制。研究表明：液体静压导轨压力油膜的误差均化作用使得其几何误差远低于自身零部件面形误差，但压力油膜并不能完全均化油膜结合面上的误差；结合面误差增加的同时，其油膜均化能力逐渐减弱；此外，液体静压导轨直线度误差对油膜结合面误差幅值更为敏感，而角度误差受结合面误差函数的波长和相位差的影响更为明显。实验测量的导轨几何误差与模型预测结果一致。该研究为超精密车床的液体静压导轨制造、装备工艺提供了有益参考。     

直线导轨副综合静刚度测量装置及方法

提出并设计了一种同时测量导轨副综合静刚度的装置及方法.介绍了该装置的结构设计及位移传感器的布置方案,建立了使用该装置求解综合静刚度的理论模型,通过将变形量和偏心载荷等效分解,实现了导轨副五种静刚度的同时测量,并对该装置的主要误差进行了分析,拟定了测量实验步骤.应用本实验装置及方法可提高导轨副静刚度测评的效率.     

正交面齿轮传动系统的非线性振动特性

基于集中参数理论,考虑支撑的弹性变形、啮合齿轮副的时变啮合刚度激励和误差激励,建立正交面齿轮传动系统的多自由度弯曲-扭转-轴向移动耦合振动三维空间动力学模型;采用有限元方法计算点接触面齿轮传动系统的轮齿啮合刚度;借助动态相对传动误差,合并两轮转动自由度,将系统等效处理为5自由度非线性振动方程;采用自适应变步长Runge-Kutta数值积分方法,获得该系统的动态响应,并分析间隙对动载荷系数的影响。研究结果表明:随着啮合频率的变化,系统将出现单周期、2倍周期、拟周期和混沌响应;在周期响应状态下动载荷系数对间隙较敏感;间隙的改变对齿轮副的冲击状态没有影响,需通过调整支撑刚度等参数来实现单边冲击。     

柔性动边界梁在横向撞击下的动力响应

研究特定约束条件下梁受横向撞击的动力响应,这些约束表现为弹性支承刚度和阻尼特征,也就是具有柔性动边界.建立了具有动边界梁的力学模型,综合考虑弹性和阻尼支承、集中质量块以及支承不对称等情况.根据撞击局部区域的接触力—嵌入深度关系式,利用拉格朗日方法建立了横向撞击下柔性动边界梁的动力方程,并通过与简支梁在相同撞击条件下撞击力、横向位移的对比分析,说明了柔性支承对结构动力响应的影响.结果表明,低速撞击条件下,柔性支承对撞击力的影响较小,但对结构位移响应的影响较显著,并且弹性支承会使梁受撞击后的变形过程与简支梁相比增加一个变形阶段. 受横向撞击的动力响应,这些约束表现为弹性支承刚度和阻尼特征,也就是具有柔性动边界.建立了具有动边界梁的力学模型,综合考虑弹性和阻尼支承、集中质量块以及支承不对称等情况.根据撞击局部区域的接触力一嵌入深度关系式,利用拉格朗日方法建立了横向撞击下柔性动边界梁的动力方程,并通过与简支梁在相同撞击条件下撞击力、横向位移的对比分析,说明了柔性支承对结构动力响应的影响.结果表明,低速撞击条件下,柔性支承对撞击力的影响较小,但对结构位移响应的影响较显著,并且弹性支承会使梁受撞击后的变形过程与简支梁相比 加一个     

基于有限元法的机床导轨热特性研究

以往机床导轨热特性分析主要通过传统的计算方法得到导轨热变形的解析解,并没有考虑热源移动对导轨热变形的影响,因此计算结果并不十分精确.应用有限元法,建立导轨的有限元模型,考虑移动热源的影响,对模型进行数值模拟,得到导轨的温度场,并在此基础上得到导轨的热变形量.由于移动热源的影响,与稳态分析所得变形量相差2.52μm.导轨达到热平衡所需时间为1.25 h.由于热变形的影响,导轨在水平面的最大直线度误差为5.03μm,导轨表面的最大倾斜度误差为0.000 218 9°.研究结果为分析导轨热变形对加工精度的影响提供了参考,进而为机床的误差补偿提供了理论依据.     

二自由度平移并联机器人空间静刚度分析

为提高一种二自由度平移并联机器人机构静刚度分析的准确度,该文建立了六维空间静刚度模型,并对主刚度及主方向做出评价.考虑机构的驱动刚度、结构刚度和空间外载荷3个因素对整机静刚度产生的影响,对机构的支链和滚珠丝杠进行静力学分析,求出它们的变形.采用虚拟机构法并根据输入输出之间的速度映射关系分别得到支链和滚珠丝杠引起动平台产生的位姿变形,再由小变形叠加原理推导出机构的整体变形.根据空间外力及外力矩与机构整体变形之间的关系,建立机构的整体空间静刚度模型.基于正交变换法,分析机构的最大最小线位移和角位移刚度的特性.研究结果表明该二自由度平面平移并联机器人机构的静刚度是空间六维的,沿导轨轴线方向的静刚度具有各向同性,垂直于导轨轴线方向的静刚度与其位置有关.     

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。