精密轴系回转精度几何建模与分析

发布时间：2017-04-14 11:17

  本文关键词：精密轴系回转精度几何建模与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：精密轴系是精密主轴系统的简称,是数控机床及精密测量仪器的重要组成部件之一。精密轴系的回转精度决定了机器、设备的性能及价值,随着超精密加工技术及测控技术的发展,要求精密轴系具有更高的回转精度,对精密轴系的回转精度进行建模与分析是轴系精度设计过程中必不可少的一步,对提高精密轴系精度具有重要意义。本文以精密轴系结构为研究对象,提出了基于矢量表示的零件几何特征精度建模方法,建立了静态联接结构几何误差映射的有限元分析模型和轴承-轴系回转精度分析模型。以光电编码器轴系结构为例,建立了轴系回转精度的矢量表示模型并对其进行精度分析。(1)对几何特征精度模型中的特性矢量作出定义,建立平面要素、圆柱面要素的形状公差、方向公差和位置公差的矢量表示及公差约束不等式。简述了精度模型中的坐标变换并分别建立了精密轴系结构中转轴与轴套的几何精度模型。(2)对精密轴系结构中的静态联接结构进行分析,建立描述圆柱面、圆环平面几何形状的矢量方程。建立静态联接结构几何误差映射分析的有限元模型,并采用节点偏移法模拟零件表面的几何误差,研究转轴与轴承内圈的过盈联接结构及安装定位面与轴承端面的平面联接结构对轴承沟道的几何误差映射。以深沟球轴承沟道各轴向截面最小二乘拟合轮廓的曲率中心及曲率半径表述沟道的几何形状,并提出了沟道形状误差的评定方法。研究分析了不同的轴承装配参数对轴承沟道映射误差的影响关系。(3)以深沟球轴承为研究对象,分析轴承回转精度的影响因素并介绍了轴承回转过程中的运动几何关系。从深沟球轴承内部滚珠与内外圈沟道的接触状态入手,考虑轴承元件的几何误差及内部结构参数,建立轴承回转精度分析模型。分析研究不同影响因素对轴承回转精度的影响,并建立表征轴系回转精度的坐标变换矩阵。(4)简要介绍了光电编码器及其原理,建立了光电编码器轴系回转精度的矢量表示模型。以轴系零件设计精度为基础,利用蒙特卡罗模拟法对装配后轴系回转精度进行分析,并研究关键几何特征误差对轴系精度的影响系数。
【关键词】：精密轴系 几何精度建模 误差映射 精度分析
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659;TH703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外研究综述10-12
• 1.2.1 轴系回转精度的理论研究10
• 1.2.2 轴系回转精度测试方法的研究10-11
• 1.2.3 轴系回转精度建模方法的研究11-12
• 1.3 本文的研究工作12
• 1.4 本章小结12-13
• 2 轴系零件几何精度建模13-26
• 2.1 几何特征精度建模13-20
• 2.1.1 空间几何要素的表示13-15
• 2.1.2 平面要素的几何精度建模15-17
• 2.1.3 圆柱面要素的几何精度建模17-20
• 2.2 零件几何精度建模20-25
• 2.2.1 几何精度模型中的坐标变换20-21
• 2.2.2 转轴的几何精度建模21-23
• 2.2.3 轴套的几何精度建模23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 轴系静态联接结构几何误差映射分析26-41
• 3.1 静态联接面几何形状的表示26-29
• 3.1.1 圆柱面几何形状的表示26-28
• 3.1.2 圆环平面几何形状的表示28-29
• 3.2 静态联接结构的有限元建模29-32
• 3.2.1 有限元节点偏移法29
• 3.2.2 过盈联接的有限元分析29-31
• 3.2.3 轴系静态联接结构有限元建模31-32
• 3.3 深沟球轴承沟道几何精度32-34
• 3.3.1 轴承沟道几何形状描述32-33
• 3.3.2 轴承沟道几何精度评定33-34
• 3.4 装配参数对几何误差映射的影响34-39
• 3.4.1 过盈量与映射误差之间的关系34-35
• 3.4.2 轴承安装预紧力及定位面几何误差对映射误差的影响35-37
• 3.4.3 轴承安装面形状误差与映射误差之间的关系37-39
• 3.5 本章小结39-41
• 4 轴承-轴系回转精度模型建立41-52
• 4.1 轴承回转精度的影响因素41
• 4.2 深沟球轴承回转精度模型41-47
• 4.2.1 深沟球轴承的运动几何关系42-43
• 4.2.2 滚珠与沟道之间的距离43-45
• 4.2.3 轴承内圈方位姿态确定45-47
• 4.3 轴承回转精度的影响分析47-49
• 4.3.1 沟道形状误差对回转精度的影响47-48
• 4.3.2 轴承滚珠数目对回转精度的影响48-49
• 4.3.3 轴承游隙对回转精度的影响49
• 4.4 轴系回转精度的坐标变换矩阵49-51
• 4.5 本章小结51-52
• 5 光电编码器轴系回转精度建模与分析52-63
• 5.1 光电编码器简介52-53
• 5.2 光电编码器轴系回转精度建模53-57
• 5.2.1 轴系回转精度的概念53
• 5.2.2 轴系回转精度模型的建立53-56
• 5.2.3 光电编码器轴系回转精度的表示模型56-57
• 5.3 光电编码器轴系回转精度分析57-62
• 5.3.1 蒙特卡罗的精度分析57-58
• 5.3.2 编码器轴系回转精度分析58-60
• 5.3.3 几何特征精度对轴系精度的影响60-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-66
• 攻读硕士学位间发表学术论文情况66-67
• 致谢67-68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 马宏;;精密轴系的回转精度[J];长春光学精密机械学院学报;1983年04期

2 杨将新，，吴昭同;机械加工成本──公差建模技术的研究[J];浙江大学学报(自然科学版);1996年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 徐旭松;基于新一代GPS的功能公差设计理论与方法研究[D];浙江大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 魏坤;机床主轴回转精度的数字化建模与分析方法[D];重庆理工大学;2013年

  本文关键词：精密轴系回转精度几何建模与分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：305888