DK4012型滚珠丝杠副振动与噪声仿真及实验研究

发布时间：2017-06-03 06:18

  本文关键词：DK4012型滚珠丝杠副振动与噪声仿真及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以南京工艺装备制造有限公司提供的DKFZD4012型滚珠丝杠副为研究对象,通过动力学仿真、理论建模、有限元分析与实验研究等多种手段,深入分析了滚珠丝杠副振动与噪声的基本特性。分析过程中建立的仿真模型及得出的研究成果具有一定的推广价值。本文的具体研究内容如下：1.建立DK4012型滚珠丝杠副的三维模型,将其导入ADAMS,建立滚珠丝杠副的多体动力学模型,模拟滚珠丝杠副实际运行状态,计算出各零部件之间的接触碰撞力,提取螺母振动、滚珠对返向器的撞击力等时域数据作为后续振动响应分析及噪声声压级预测的基础条件。2.简要分析滚珠丝杠副振动模型的常用构建方法,比较各方法的优缺点,在此基础之上,提出较为优越的混合法推导滚珠丝杠副系统的轴向与扭转振动模型,并运用欧拉-伯努利梁理论推导丝杠的弯曲振动模型,深入理解滚珠丝杠副系统的振动本质。3.建立DK4012型滚珠丝杠副的有限元分析模型,精确模拟垫片的预紧效果,建立预应力场,并进行预变形条件下的模态分析。然后,将动力学仿真分析得出的滚珠撞击力时域信号导入有限元软件,进行螺母副的振动响应分析,作为后续噪声声压预测的边界条件。4.以滚珠丝杠副瞬态动力学分析模型为基础,在Virtual.Lab中建立声学有限元模型,提取瞬态动力学分析得出的振动响应时域信号,并对其进行傅里叶变换获得频域振动信号,作为声学有限元的边界条件,利用声学有限元法,分析滚珠丝杠副外声场的声压值,并进行实验验证。
【关键词】：滚珠丝杠副 动力学仿真 振动模型 有限元分析 噪声预测
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 课题的研究背景9-10
• 1.2 课题意义10-11
• 1.3 滚珠丝杠副简介11-16
• 1.3.1 滚珠丝杠副的传动原理11
• 1.3.2 滚珠丝杠副的结构11-14
• 1.3.3 滚珠丝杠副的特点14-15
• 1.3.4 滚珠丝杠副振动与噪声产生机理15-16
• 1.4 滚珠丝杠副振动噪声技术研究现状16-19
• 1.4.1 振动特性研究现状16-18
• 1.4.2 噪声预测研究现状18-19
• 1.5 课题的主要研究内容19-21
• 第二章 滚珠丝杠副动力学仿真与分析21-36
• 2.1 多体动力学基本方程21-23
• 2.1.1 刚体动力学基本方程21-22
• 2.1.2 柔体动力学基本方程22-23
• 2.2 滚珠丝杠副动力学模型的建立23-28
• 2.2.1 滚珠丝杠副三维建模23-24
• 2.2.2 滚珠丝杠副接触碰撞模型建立24-28
• 2.3 滚珠撞击返向器的一般规律28-31
• 2.3.1 滚珠运动路径的模拟结果28-29
• 2.3.2 转速对滚珠撞击返向器的影响29-30
• 2.3.3 轴向载荷对滚珠撞击返向器的影响30-31
• 2.4 螺母振动特性分析31-34
• 2.4.1 不同转速下螺母振动特性分析31-33
• 2.4.2 预紧力对滚珠丝杠副固有振动频率的影响33-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第三章 滚珠丝杠副系统振动模型的建立36-52
• 3.1 概述36-37
• 3.1.1 振动模型的常用构建方法36-37
• 3.1.2 混合振动模型的建立37
• 3.2 轴向振动模型37-42
• 3.2.1 模型建立37-40
• 3.2.2 数值仿真40-42
• 3.3 扭转振动模型42-46
• 3.3.1 模型建立42-44
• 3.3.2 数值仿真44-46
• 3.4 弯曲振动模型46-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第四章 滚珠丝杠副结构预应力分析及振动响应分析52-67
• 4.1 引言52
• 4.2 滚珠丝杠副有限元模型的建立52-56
• 4.2.1 三维模型简化52-53
• 4.2.2 网格划分53-54
• 4.2.3 边界条件及接触定义54-56
• 4.3 预应力有限元分析56-58
• 4.4 预应力模态分析58-61
• 4.4.1 模态分析的基本理论58-59
• 4.4.2 滚珠丝杠副固有特性分析59-61
• 4.5 滚珠丝杠副振动响应分析61-66
• 4.5.1 振动响应分析理论基础62-63
• 4.5.2 滚珠丝杠副振动响应分析63-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 基于Virtual.Lab的滚珠丝杠副噪声预测及实验验证67-81
• 5.1 声学基本方程及常用求解方法67-70
• 5.1.1 声学基本方程67-69
• 5.1.2 声学数值求解方法69-70
• 5.2 滚珠丝杠副声学有限元模型70-73
• 5.3 滚珠丝杠副声学量仿真结果73-76
• 5.3.1 滚珠丝杠副外表面声压分析结果73-74
• 5.3.2 滚珠丝杠副场点空间的声压分析结果74-76
• 5.4 滚珠丝杠副噪声实验研究76-79
• 5.4.1 实验台设计76-77
• 5.4.2 实验方法77
• 5.4.3 实验数据分析77-79
• 5.5 本章小结79-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1 全文总结81-82
• 6.2 工作展望82-83
• 参考文献83-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士期间主要研究成果90-91
• 附录A91-98
• A-1 不同转速下滚珠撞击返向器受力图91-92
• A-2 不同转速下部分滚珠撞击返向器原始受力数据92-94
• A-3 不同载荷下部分滚珠撞击返向器原始受力数据94
• A-4 不同转速下螺母三方向RMS原始值94-95
• A-5 不同预紧下螺母轴向振动的频域图95-96
• A-6 频域信号包络线绘制主程序96-98
• 附录B98-101
• B-1 轴向振动固有频率求解程序98-99
• B-2 扭转振动固有频率求解程序99-101
• 附录C101-103
• C-1 不同转速下滚珠对返向器的撞击力曲线101-103
• 附录D103-106
• D-1 空间某点声压频率响应曲线103-104
• D-2 不同转速下滚珠丝杠副噪声时域信号104-105
• D-3 不同转速下滚珠丝杠副声压低频信号105-106

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