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直线滚动导轨结合面动态特性的研究

作　者: 李慎奎
导　师: 刘永贤
学　校: 东北大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 直线滚动导轨 结合面 动态特性 动力学模型 有限元分析
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


数控机床日益向高速度、高精度和高效率的方向发展,要求我们采用先进的动态设计方法来提升我国机床企业的竞争力。该方法的前提是建立准确的含有结合面的机床动力学模型。直线滚动导轨是现代数控机床常用的功能部件,其动态性能对数控机床的动态性能有非常重要的影响。本文以自己设计实验台为研究对象,通过理论和有限元分析相结合的方法研究直线滚动导轨结合面动态特性及其建模方法,建立含有直线滚动导轨结合面的实验系统有限元模型,并对模型进行修改和验证。主要研究内容如下：(1)首先总结了国内外机床结合面和滚动导轨结合面动态特性研究现状及存在的主要问题,介绍了目前结合面动态特性研究的主要方法及关键技术,给出本文采用了理论研究、有限元分析,动态试验分析相结合的结合面研究方法。(2)以一种类型的直线滚动导轨为对象,通过分析其结构特点,对滚动导轨局部单个滚子进行有限元分析,并给出了直线滚动导轨结合面的理论振动模型,建立了准确的直线滚动导轨结合面的有限元模型。(3)对单滑块试验系统建立了准确的直线滚动导轨结合面的有限元模型,进行详细的有限元分析,和上两届师兄的试验数据对比,说明理论振动模型结合面的有限元模型的准确性。(4)把上述的理论和结合面的有限元模型应用到整机上,探讨直线滚动导轨结合面对机床动态特性的影响,并分析了机床的动态特性。(5)对实验方案设计的研究,并以单滑块的试验系统为基础,建立比较接近实际机床四滑块实验系统,考虑结合面和不考虑结合面的四滑块的导轨试验系统有限元模型,两种模型的计算结果差异很大,进一步说明直线滚动导轨结合面对机床的动态特性有显著影响。本文提出的直线滚动导轨结合面动态特性研究方法,可以应用于其它类型的机床结合面特性研究,使得机床整机的动力学建模成为可能,为数控机床动态设计的实现提供了依据。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章 绪论  11-21
  1.1 课题研究的意义与背景  11-12
  1.2 结合面性能研究现状  12-16
    1.2.1 结合面动态特性解析方法的研究  12-13
    1.2.2 结合面参数试验识别的研究  13-14
    1.2.3 理论建模与实验建模相结合的结合面动态特性研究  14-16
  1.3 导轨结合面性能研究  16-18
    1.3.1 滑动导轨接合面的研究  16-17
    1.3.2 直线滚动导轨接合面的研究  17-18
  1.4 课题内容  18-21
第2章 滚动导轨结合面方法研究  21-31
  2.1 试验模态分析技术  21-26
    2.1.1 模态分析概述  21-22
    2.1.2 传递函数的求取  22-25
    2.1.3 激励方法介绍  25-26
  2.2 有限元分析方法及其应用  26-28
    2.2.1 有限元方法概述  26-27
    2.2.2 有限元分析的一般步骤  27
    2.2.3 动力学分析中的有限元方法  27-28
  2.3 导轨接合面有限元弹簧模拟  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章 单滑块滚动导轨结合面动态特性研究  31-57
  3.1 直线滚动导轨中单个滚子结合面的研究  31-45
    3.1.1 滚动导轨单个滚子接触表面的分析  32
    3.1.2 表面接触的GW模型理论  32-33
    3.1.3 轮廓面积的计算  33-36
    3.1.4 接触刚度的计算  36-37
    3.1.5 单个滚子在ansys的有限元模拟分析  37-45
  3.2 单滑块滚动导轨的研究  45-52
    3.2.1 理论模型的研究  45-48
    3.2.2 单滑块导轨的有限元分析  48-52
  3.3 单滑块实验台的有限元分析  52-56
    3.3.1 实体建模  52
    3.3.2 有限元模型  52-53
    3.3.3 模态分析  53-54
    3.3.4 谐响应分析  54-56
  3.4 本章小结  56-57
第4章 机床整机动态特性的有限元分析  57-63
  4.1 机床整机实体建模  57-58
  4.2 机床整机有限元建模  58-59
  4.3 模态分析  59
  4.4 谐响应分析  59-60
  4.5 本章小结  60-63
第5章 实验方案设计及仿真  63-77
  5.1 实验方案设计  63-68
    5.1.1 试验装置分析介绍  63-64
    5.1.2 水平方向试验模型分析  64-67
    5.1.3 法向试验模型分析  67-68
    5.1.4 实验设计评述  68
  5.2 试验系统仿真  68-76
    5.2.1 不考虑导轨结合面的四滑块试验系统  69-73
    5.2.2 考虑导轨结合面的四滑块试验系统  73-76
  5.3 本章小结  76-77
第6章 结论与展望  77-79
参考文献  79-83
致谢  83

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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