重型数控机床螺栓结合部动力学建模及影响因素研究

发布时间：2017-10-08 13:21

  本文关键词：重型数控机床螺栓结合部动力学建模及影响因素研究

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【摘要】：随着对制造先进机器所需的精密、复杂机床的需求日益增长，中国已经成长为全球最大的机床市场，重型数控机床作为机械工业不可缺少的装备，其性能的优劣直接影响我国工业发展的进程和制造的水平。重型数控机床的结合部对机床整机性能影响很大。其中，30%-50%的静刚度、超过50%的动刚度取决于结合部，而对阻尼的影响达到了90%甚至更多。但是结合面的接触变形比较复杂，在实际测量和建模中都不容易模拟其真实情况，寻求重型数控机床的整体性能就更为困难。因此，结合部的研究对重型数控机床的设计尤为重要。 本文首先调查了国内外有关对机床结合部建模的方法和机床结合部特性研究的状况，从赫兹接触理论出发，在微观层面上考虑机床结合面的接触形式，并由此将机床结合面视为一种虚拟介质进行仿真，建立结合部虚拟介质框架，利用赫兹接触理论推导出结合部任意一点的接触应力，，计算该虚拟材料的特性参数，然后利用ANSYS Workbench求解结合部整体的固有频率，提取前五阶模态。 然后本文利用现有的实验模态技术，选择模态方案，通过对支撑方式、测试点、激励方式等方案的选取，得到结合部试件的测试信号，运用一定的参数识别方法求出试件固有频率和阻尼的真实值，之后跟理论得到的固有频率进行对比，同时，对得到两种固有频率进行拟合，证明理论模型建立是准确的，可以用在重型机床理论建模中，也说明了虚拟介质的推导公式可靠。 最后利用理论手段，通过修改动力学模型的参数尺寸等研究了螺栓预紧力、机床材料和加工方式影响机床结合部的相关因素，得到了机床结合部特性与规律。
【关键词】：结合面 接触理论 特性参数 模态 虚拟介质
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题的研究目的及意义10-11
• 1.2.1 课题的研究目的10-11
• 1.2.2 课题研究的意义11
• 1.3 结合面国内外研究现状11-14
• 1.3.1 结合面接触理论研究现状11-13
• 1.3.2 机床结合面影响因素研究现状13-14
• 1.4 论文主要研究内容14-16
• 第2章 螺栓结合面虚拟介质参数识别16-30
• 2.1 重型数控机床结合面几何特性16-17
• 2.2 螺栓固定结合部建模方法分析17-21
• 2.2.1 接触力学法17
• 2.2.2 弹簧阻尼法17-18
• 2.2.3 节点单元法18-19
• 2.2.4 虚拟介质法19-20
• 2.2.5 四种建模方法比较20-21
• 2.3 螺栓结合部虚拟介质解析模型21-29
• 2.3.1 螺栓结合部虚拟介质的框架21-23
• 2.3.2 螺栓结合部任意点接触应力23-24
• 2.3.3 螺栓结合部虚拟介质的弹性模量24-26
• 2.3.4 螺栓结合部虚拟介质的泊松比26-28
• 2.3.5 螺栓结合部虚拟介质的密度28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 机床螺栓结合部试验模态分析30-46
• 3.1 试验模态理论基础30-33
• 3.2 模态实验试件设计33-34
• 3.2.1 结合部结构设计33
• 3.2.2 螺栓强度计算33-34
• 3.3 模态方案选择与分析34-38
• 3.3.1 测试系统与支撑选取34-36
• 3.3.2 悬挂与激励位置选取36-38
• 3.4 实验仪器与设备38-40
• 3.4.1 传感器38-39
• 3.4.2 手锤39
• 3.4.3 放大器39
• 3.4.4 分析仪39-40
• 3.5 实验结果与分析40-45
• 3.5.1 数据采集原理40-41
• 3.5.2 参数设置与注意事项41-42
• 3.5.3 实验数据处理与识别42-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 机床螺栓结合部有限元仿真与试验验证46-56
• 4.1 理论模态分析技术46
• 4.2 螺栓结合部单元有限元模型的建立46-50
• 4.2.1 虚拟介质参数计算46-47
• 4.2.2 动力学模型的建立47-48
• 4.2.3 模型前处理48-50
• 4.3 预应力分析及结果50-51
• 4.4 模态分析及结果51-53
• 4.5 仿真结果与试验结果验证53-55
• 4.6 本章小结55-56
• 第5章 机床螺栓结合部影响因素分析56-60
• 5.1 螺栓预紧力对结合部影响56-57
• 5.2 机床材料对结合部影响57-58
• 5.3 加工表面粗糙度对结合部影响58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 结论与展望60-61
• 参考文献61-64
• 攻读学位期间发表的论文64-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;On the contact width in generalized plain strain JKR model for isotropic solids[J];Acta Mechanica Sinica;2009年04期

2 贺银芝,陈卫福,范银龙,马春敏;机床小立柱模型动态性能分析[J];北京工业大学学报;2001年04期

3 鲁方霞;邓朝晖;;数控机床的发展趋势及国内发展现状[J];工具技术;2006年03期

4 苏铁熊,杨世文,崔志琴,李小雷,张保成,张翼;复杂结构结合部动力学仿真模型研究[J];华北工学院学报;2001年03期

5 李斌,李培根;数控技术和装备发展趋势及对策[J];机电产品开发与创新;2002年05期

6 赵宏林;丁庆新;曾鸣;刘学杰;;机床结合部特性的理论解析及应用[J];机械工程学报;2008年12期

7 蒋书运;祝书龙;;带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态刚度特性[J];机械工程学报;2010年01期

8 白洪良;;浅谈我国重型数控机床工业发展趋势[J];民营科技;2011年03期

9 张学良,张宗兰,王船榜;对螺栓结合部接触刚度和接触阻尼识别法的研究[J];太原重型机械学院学报;1991年01期

10 张萍;ANSYS建模过程中单元属性的定义[J];现代电子技术;2003年16期

本文编号：994251