滚动直线导轨动态特性研究

发布时间：2017-09-10 03:34

  本文关键词：滚动直线导轨动态特性研究

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【摘要】：滚动直线导轨以其高传效、高承载、低磨损等优势成为机床中必不可少的关键链接部件的同时,也顺理成章的成为了机床中典型接合面结构。由于机床中接合面结构是机床振动问题和机床阻尼的主要来源,所以滚动直线导轨的接合面结构的振动也成为了机床朝高精、高速发展的主要“拦路虎”。为了使机床能够顺应其发展趋势,对滚动直线导轨的动态特性研究势在必行。本文以上银HG-45型四滚道单圆弧接触滚动直线导轨为研究对象,分别采用理论解析建模方法、动态试验方法和有限元建模方法对其动态特性进行细致深入的研究,并将3种方法所获取的动态参数数据进行对比、分析以确保建模方法和数据的正确性。本文对滚动直线导轨动态特性研究的具体内容如下：首先,通过介绍不同种类、结构和适用领域的滚动直线导轨,获得研究对象结构特点并以此对滚珠接触特性做出点对点法向赫兹接触假设和切向微观黏滑假设进而得出滚珠接触时法向接触刚度和切向接触刚度表达式。其次,利用弹簧阻尼单元来模拟滚珠接触并建立含有法向和切向接触刚度的滚珠接触等效力学模型：基于Lagrange方程构建和推导滚动直线导轨的动力学理论解析模型及运动微分方程；在获得固有频率和振型的同时分析有无考虑滚珠切向接触刚度对导轨固有特性的影响及载荷参数、导轨材料参数以及导轨尺寸参数对其动态特性的影响。再其次,为了最真实的获取HG-45型滚动直线导轨的动态特性参数,利用BK动态测试系统对滚动直线导轨进行动态特性试验,将获取的低阶固有频率和振型与理论解析模型结果进行对比并分析相对误差产生原因以验证理论解析模型的合理性。最后,采用弹簧阻尼单元模拟滚珠接触的方法,建立滚动直线导轨的动力学有限元模型；进行模态分析并将其计算结果与理论解析和试验结果进行对比验证有限元建模的可靠性；基于模态计算结果进一步进行谐响应分析,获得不同频率下的响应幅值等动态特性。在研究过程中发现：滚珠切向接触刚度在研究滚动直线导轨动态特性时不能忽略；滚珠预紧力的变化与系统固有频率的变化呈正相关；Y向振幅量级较X、Z向高一个数量级。
【关键词】：滚动直线导轨 动态特性 动态试验 理论解析模型
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG502.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究的目的和意义9-10
• 1.3 滚动直线导轨动态特性的研究综述10-14
• 1.3.1 基于理论解析建模的导轨动态特性研究综述10-11
• 1.3.2 基于模态试验建模的导轨动态特性研究综述11-13
• 1.3.3 基于有限元建模的导轨动态特性研究综述13-14
• 1.4 论文研究的主要内容14-16
• 2 滚动直线导轨的结构特点及接触理论16-26
• 2.1 滚动直线导轨分类及结构特点16-17
• 2.2 接触理论17-25
• 2.2.1 接触应力和位移18-22
• 2.2.2 法向接触刚度22-23
• 2.2.3 切向刚度23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 滚动直线导轨动力学解析建模及固有特性分析26-41
• 3.1 滑块基本振动形式26-27
• 3.2 滚动直线导轨动力学解析建模27-32
• 3.2.1 滚动直线导轨力学建模27-29
• 3.2.2 基于拉格朗日方程推导导轨动力学微分方程29-32
• 3.3 滚动直线导轨固有频率解析表达式推导32-33
• 3.4 滚动直线导轨固有频率数值分析33-39
• 3.4.1 有无考虑切向接触刚度的固有频率对比分析33-35
• 3.4.2 载荷参数对固有频率影响分析35
• 3.4.3 材料参数对固有频率影响分析35-37
• 3.4.4 导轨尺寸参数对固有频率影响分析37-39
• 3.5 本章小结39-41
• 4 滚动直线导轨动态特性试验及分析41-57
• 4.1 模态试验基本原理41
• 4.2 滚动直线导轨模态试验41-56
• 4.2.1 试验仪器及设备41-44
• 4.2.2 试验边界条件及测点分布44-47
• 4.2.3 试验参数设置47-50
• 4.2.4 试验测试及结果分析50-55
• 4.2.5 试验测试结果验证55-56
• 4.3 试验与理论解析结果对比分析56
• 4.4 本章小结56-57
• 5 滚动直线导轨动力学有限元建模及分析57-65
• 5.1 有限元实体模型57-58
• 5.2 有限元前处理58-60
• 5.2.1 单元类型和材料属性58
• 5.2.2 网格划分和滚珠接触等效58-60
• 5.2.3 边界条件设置60
• 5.3 有限元模态分析60-62
• 5.4 有限元、试验和理论解析结果对比分析62
• 5.5 有限元谐响应分析62-64
• 5.6 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-70
• 附录A 曲率函数F(p)与无量纲系数a~*,b~*,δ~*关系表70-71
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况71-72
• 致谢72-73

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本文编号：824498