面向机床动态特性的支承件质量匹配研究
发布时间：2022-01-22 16:01
现代工业的发展对机床加工精度及效率提出了严苛要求,动态特性作为影响机床精度及效率的关键因素也愈加受到人们关注。支承件是机床的重要组成部分,依据动力学理论可知,其质量直接影响着机床动态特性的优劣。然而传统方法中,设计人员主要依据经验或国外产品设计支承件结构,继而采用材料力学﹑理论力学等对支承件进行强度与刚度校核。这种设计方法固然保证了设计的支承件满足强度及刚度要求,但缺少对于机床各支承件质量与动态特性间的映射关系研究,从而易出现机床支承件质量匹配不合理﹑质量过大等问题,导致材料浪费﹑动态特性变差。针对此问题,本文提出一种通过匹配机床各支承件的质量以优化整机动态特性的方法,主要工作内容如下:（1）基于Hertz接触理论,分别建立了滚动导轨副﹑滚珠丝杠副及滚动轴承的结合面刚度模型。在此基础上,分析了预紧力﹑外载荷及密合度等参数对结合面刚度的影响规律,从而为后续机床有限元模型的建立提供了前提。（2）以某型卧式加工中心为例,建立了机床整机有限元模型,并将整机模态的有限元仿真分析结果与实验测试结果相对比,验证了整机有限元模型建立方法的准确性。基于机床有限元模型,完成了整机谐响应分析,以便进行支承件...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景及意义
1.3 国内外研究综述
1.3.1 机床基础部件动态特性研究
1.3.2 机床动态特性仿真分析研究
1.3.3 机床动态特性实验研究
1.3.4 机床虚拟样机开发
1.4 本文研究工作
2 机床滚动结合面刚度建模及分析
2.1 Hertz接触理论
2.2 滚动直线导轨副结合面刚度建模及分析
2.2.1 单个滚动体与滚道的接触模型
2.2.2 滚动直线导轨副接触刚度模型
2.2.3 滚动直线导轨副接触刚度分析
2.3 滚珠丝杠副结合面刚度建模及分析
2.3.1 滚动丝杠副接触刚度模型
2.3.2 滚珠丝杠副接触刚度分析
2.4 滚动轴承结合面刚度建模及分析
2.4.1 滚动轴承组配及预紧方式
2.4.2 滚动轴承接触刚度模型
2.4.3 滚动轴承接触刚度分析
2.5 本章小结
3 机床动态特性分析及实验验证
3.1 机床滚动结合面刚度计算
3.2 机床有限元模型建立及模态分析
3.3 机床模态实验
3.4 机床模态有限元及实验结果对比
3.5 机床谐响应分析
3.6 本章小结
4 机床动态特性与支承件质量模型
4.1 机床支承件质量动态特性响应
4.1.1 基于拉丁超立方的质量样本实验设计
4.1.2 机床支承件质量动态特性响应求解
4.2 机床动态特性与支承件质量模型构建及检验
4.2.1 响应面模型构建及检验
4.2.2 径向基神经网络模型构建及检验
4.2.3 克里金模型构建及检验
4.2.4 模型精度对比
4.3 本章小结
5 机床支承件质量匹配及结构设计
5.1 机床支承件质量匹配模型构建及求解
5.2 基于质量匹配结果的支承件结构设计
5.2.1 支承件结构拓扑优化
5.2.2 支承件结构重构
5.2.3 支承件尺寸优化
5.3 本章小结
结论
参考文献
附录A 主曲率函数与无量纲系数关系表
附录B 各支承件质量及对应的动态特性响应
附录C Pareto最优解集
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于结构-整机性能映射模型的机床薄弱件结构优化方法[J]. 杨勇,孙群,沈晔湖,蔡晓童,李华,张子钺. 农业机械学报. 2018(12)
[2]基于机电耦合的进给系统动态特性仿真与性能优化[J]. 巩子臣,牛文铁,李加进,赛云祥. 机械设计. 2018(09)
[3]直线运动滚动导轨副的法向接触力学模型[J]. 田红亮,郑金华,陈甜敏,余媛,张屹. 西安交通大学学报. 2016(05)
[4]面向机床整机动态性能的立柱结构优化设计研究[J]. 刘成颖,谭锋,王立平,蔡钊勇. 机械工程学报. 2016(03)
[5]基于能量分布的机床整机动态特性优化方法[J]. 邓聪颖,殷国富,肖红,孟昭渝溪. 振动.测试与诊断. 2015(06)
[6]复杂零件结构设计的概念单元方法[J]. 王德伦,申会鹏,孙元,董惠敏,马雅丽. 机械工程学报. 2016(07)
[7]基于Hertz接触的滚珠丝杠副结合部刚度特性分析[J]. 姬坤海,殷国富,王万金. 组合机床与自动化加工技术. 2015(08)
[8]基于响应面模型的广义空间切削稳定性研究[J]. 黄华,张树有,刘晓健,何再兴. 浙江大学学报(工学版). 2015(07)
[9]基于空间统计学的机床动力学特性[J]. 李天箭,丁晓红,程凯. 机械工程学报. 2015(21)
[10]考虑结合面和轴向力的主轴系统动力学特性[J]. 姜彦翠,刘献礼,吴石,李茂月,李荣义. 机械工程学报. 2015(19)
博士论文
[1]精密数控机床及其典型结合面理论建模与实验研究[D]. 方兵.吉林大学 2012
硕士论文
[1]滚珠丝杠副额定动载荷值的影响因素研究及其计算实现[D]. 刘波.浙江大学 2006
本文编号：3602493
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景及意义
1.3 国内外研究综述
1.3.1 机床基础部件动态特性研究
1.3.2 机床动态特性仿真分析研究
1.3.3 机床动态特性实验研究
1.3.4 机床虚拟样机开发
1.4 本文研究工作
2 机床滚动结合面刚度建模及分析
2.1 Hertz接触理论
2.2 滚动直线导轨副结合面刚度建模及分析
2.2.1 单个滚动体与滚道的接触模型
2.2.2 滚动直线导轨副接触刚度模型
2.2.3 滚动直线导轨副接触刚度分析
2.3 滚珠丝杠副结合面刚度建模及分析
2.3.1 滚动丝杠副接触刚度模型
2.3.2 滚珠丝杠副接触刚度分析
2.4 滚动轴承结合面刚度建模及分析
2.4.1 滚动轴承组配及预紧方式
2.4.2 滚动轴承接触刚度模型
2.4.3 滚动轴承接触刚度分析
2.5 本章小结
3 机床动态特性分析及实验验证
3.1 机床滚动结合面刚度计算
3.2 机床有限元模型建立及模态分析
3.3 机床模态实验
3.4 机床模态有限元及实验结果对比
3.5 机床谐响应分析
3.6 本章小结
4 机床动态特性与支承件质量模型
4.1 机床支承件质量动态特性响应
4.1.1 基于拉丁超立方的质量样本实验设计
4.1.2 机床支承件质量动态特性响应求解
4.2 机床动态特性与支承件质量模型构建及检验
4.2.1 响应面模型构建及检验
4.2.2 径向基神经网络模型构建及检验
4.2.3 克里金模型构建及检验
4.2.4 模型精度对比
4.3 本章小结
5 机床支承件质量匹配及结构设计
5.1 机床支承件质量匹配模型构建及求解
5.2 基于质量匹配结果的支承件结构设计
5.2.1 支承件结构拓扑优化
5.2.2 支承件结构重构
5.2.3 支承件尺寸优化
5.3 本章小结
结论
参考文献
附录A 主曲率函数与无量纲系数关系表
附录B 各支承件质量及对应的动态特性响应
附录C Pareto最优解集
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于结构-整机性能映射模型的机床薄弱件结构优化方法[J]. 杨勇,孙群,沈晔湖,蔡晓童,李华,张子钺. 农业机械学报. 2018(12)
[2]基于机电耦合的进给系统动态特性仿真与性能优化[J]. 巩子臣,牛文铁,李加进,赛云祥. 机械设计. 2018(09)
[3]直线运动滚动导轨副的法向接触力学模型[J]. 田红亮,郑金华,陈甜敏,余媛,张屹. 西安交通大学学报. 2016(05)
[4]面向机床整机动态性能的立柱结构优化设计研究[J]. 刘成颖,谭锋,王立平,蔡钊勇. 机械工程学报. 2016(03)
[5]基于能量分布的机床整机动态特性优化方法[J]. 邓聪颖,殷国富,肖红,孟昭渝溪. 振动.测试与诊断. 2015(06)
[6]复杂零件结构设计的概念单元方法[J]. 王德伦,申会鹏,孙元,董惠敏,马雅丽. 机械工程学报. 2016(07)
[7]基于Hertz接触的滚珠丝杠副结合部刚度特性分析[J]. 姬坤海,殷国富,王万金. 组合机床与自动化加工技术. 2015(08)
[8]基于响应面模型的广义空间切削稳定性研究[J]. 黄华,张树有,刘晓健,何再兴. 浙江大学学报(工学版). 2015(07)
[9]基于空间统计学的机床动力学特性[J]. 李天箭,丁晓红,程凯. 机械工程学报. 2015(21)
[10]考虑结合面和轴向力的主轴系统动力学特性[J]. 姜彦翠,刘献礼,吴石,李茂月,李荣义. 机械工程学报. 2015(19)
博士论文
[1]精密数控机床及其典型结合面理论建模与实验研究[D]. 方兵.吉林大学 2012
硕士论文
[1]滚珠丝杠副额定动载荷值的影响因素研究及其计算实现[D]. 刘波.浙江大学 2006
本文编号：3602493
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3602493.html
