高速机床直线电动机进给系统热行为分析

在高速机床中,以直线电动机驱动的进给轴为对象,应用有限元工具对全闭环位置反馈的进给机构的热源分布进行了分析,给出模型的简化方法,确定了进给轴热载荷相关参数,对进给轴Y轴的热变形特性进行了定性分析。在自构建的实验台上,对直线电动机驱动进给轴Y轴的热变形特性进行了综合试验研究,确定了热电偶、激光干涉仪、电容式测微仪的热变形试验方案和试验步骤,分析了直线进给轴稳态温度分布及其热变形规律。结果表明:主轴刀具位置热偏差是由滑台受热扭曲热位移、光栅尺膨胀热位移和导轨俯仰角偏热位移的三者综合作用的结果;短行程的主要因素是滑台扭曲变形和导轨角偏,长行程的主要影响因素为光栅尺的热变形。     

基于ANSYS的机床滑台随机振动疲劳寿命分析

应用ANSYS软件对机床滑台进行随机振动疲劳分析,并对滑台进行疲劳寿命估算。讨论了随机振动载荷的特性,确定了施加在滑台模型上的随机振动载荷激励条件,对滑台进行了功率谱密度分析,确定了滑台在随机振动载荷下的易变形区域。通过将Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法相结合,对机床滑台部件进行疲劳损伤计算,估算出滑台的疲劳寿命,在滑台发生疲劳损伤之前,可对滑台进行维修或者更换,以保持机床的切削精度,提高机床的可靠性。     

精密直线移动滚珠导轨承载性能的有限元分析

对精密直线移动滚珠导轨传动的承载性能进行了研究分析，采用弹性力学有限元方法计算该机构的刚度、接触强度及对负载停位振动特性进行了模拟分析。首先建立了该机构承载特性分析的数学模型，再通过具体的有限元计算分析探明该机构的承载特性。通过与传统的赫兹理论计算结果和实测数据进行比较，验证了本方法的有效性。研究完成了该机构分析的计算机辅助分析软件，提出采用刚性预压法提高该机构运行精度和承载性能的方法。     

采用静压导轨的硬切削车床十字滑台刀架动刚度分析

硬车削是一种能够部分代替磨削的先进加工工艺,但是其对机床的动静态刚度有很高的要求,十字滑台刀架是其中一个薄弱部件。使用Ansys workbench对应用在斜床身上采用静压导轨的机床刀架十字滑台部件进行动力学建模,借助有限元法分析含结合部动态参数的机床关键部件的动态特性,分析计算工作载荷对结合部动态刚度的影响规律,研究了硬车削机床刀架十字滑台部件的动态刚度问题。研究对硬切削车床刀架十字滑台部件的结构设计可提供理论参考依据。     

滚动导轨结合面动态特性参数识别实验研究

建立了识别滚动导轨结合面动态特性参数的测量模型。该测量模型将安装有滚动导轨的机构简化为单自由度系统,消除了基础位移对参数识别的影响。基于测量模型,研制了滚动导轨结合面动态特性参数测量装置。以施耐博格MRC45滚动导轨为实验对象,测量了其结合面动态特性参数,准确获得了法向和侧向动态刚度并分析了载荷变化对动态刚度的影响规律。     

纳米级精度的竖直液体静压滑台设计

为了满足航天关键件的加工精度要求,需要设计并制造满足设计要求的纳米级精度的竖直液体静压滑台。本文针对滑台结构、关键部件及公差设计方法展开了研究。首先,根据高精度竖直滑台的设计要求,采用不等流量的滑块结构及控制方法整体设计滑台结构。设计时,将所有液压油管路均设置在滑块中,以减小油压损耗,且使得滑台结构紧凑。接着,为使圆孔加工时圆度误差不受导轨刚度的影响,采用等导轨刚度的设计方法,同时给出了该方法下油膜厚度、刚度、压力的计算方法。文中还证明了上下油腔不等承载面积法能够降低竖直滑台由于倾覆力矩产生的倾角误差,提高导轨运动精度。在此基础上,提出了基于不等流量结构的几何精度设计方法,计算并证明了不等流量的结构和控制方法可以降低导轨和滑块极高的制造等级要求和制造成本。最后,根据上述设计方法设计并制造了数控纳米曲面磨床竖直滑台,并测试了该磨床竖直Z滑台的运动精度。结果显示采用不等流量结构的滑台制造公差要求由IT1降低到IT3。Z滑台精度测试结果为:定位误差为±80nm,重复定位误差为48nm。     

基于ADAMS和ANSYS的高速冲床导轨仿真分析

高速精密数控冲床导轨可靠性关系到整机的动态精度和加工质量,通过对高速冲床传动系统曲柄滑块机构进行运动学分析,同时运用SOLIDWORKS软件建立机构的简化模型,并导入ADAMS软件中施加约束、驱动和冲击载荷,然后进行运动学仿真验证计算的准确性;再运用ANSYS软件对导轨进行柔性体转换,之S后对曲柄滑块机构进行柔性体动力学仿真,获取导轨在实际加工过程中的载荷谱、实体应力分布和柔性变形量,为机床可靠性设计分析和寿命预测的准确性提供了必要的基础。     

高精度无导轨位移平台误差分析

研究了基于补偿式柔性平行四杆机构的高精度位移平台的运动精度,对变形板尺寸误差、比例杆球心距误差和内外变形板装配夹角误差等误差源进行了分析计算.采用半梁模型分析了变形板,得到变形板行程与耦合位移量的关系,给出了平台直线度误差和耦合位移量误差关于平台位移和变形板尺寸的表达式.使用自准直仪和高精度微分测量头对平台直线度和耦合位移量进行了测量,结果表明:该补偿式结构的高精度无导轨位移平台在大行程(5 mm)工作时,仍具有较高的运动精度,直线度小于1.5″,耦合位移量小于13.7 μm,与理论分析吻合.     

滚动直线导轨副垂直静刚度有限元仿真与分析

滚动直线导轨副的静刚度直接影响数控机床的加工精度。研究如何提高导轨副静刚度十分必要。基于ANSYS Workbench建立导轨副有限元模型,描述了一个完整的导轨副垂直静刚度仿真过程,包括接触设置、网格划分、设置边界条件与载荷以及求解等步骤。通过有限元仿真的结果,分别研究导轨副中滚珠数目、滚珠直径、曲率比、初始接触角、材料等因素对其垂直静刚度的影响,进而研究提高导轨副垂直静刚度的方法。     

基于ANSYS的数控十字滑台装配体的模态分析

十字滑台是数控机床的一个重要运动部件,其动态特性直接影响数控机床整机的动态特性,并最终影响机床的加工精度。文中使用有限元分析软件ANSYS对数控十字滑台进行了模态分析,先用MPC法装配了十字滑台,再计算得到滑台的前8阶固有频率和振型,找出结构的薄弱环节,为进一步动力修改和结构优化提供了数据。     

斜面60°光纤透镜抛光接触状态的分析

为了掌握光纤透镜抛光接触状态,依据接触力学理论,建立了60o斜面光纤透镜抛光时的接触力学模型;应用ANSYS接触分析技术和MATLAB数据图视功能,对光纤透镜抛光过程中光纤加工端与抛光垫的接触状态进行了分析。结果表明：补偿角α、光纤夹持伸出长度l和抛光垫弹性模量E2不仅影响到光纤透镜抛光接触区域的接触形式,也同时影响接触压强的分布状态;外加位移载荷z对接触形式影响不大,但对接触压强分布影响较大。     

基于激光位移传感器的面角度测量技术研究

针对面角度现场测试需求,利用激光位移传感器的漫反射测量特性,搭建了面角度非接触测量装置,提出了一种结合三坐标测量机和位置敏感探测器对激光位移传感器进行空间坐标化标定的方法,从而构建出精确的面角度测量模型;采用蒙特卡洛法对面角度非接触测量装置的不确定度进行评定,在±25°测量范围内其结果为U=0.044°~0.046°(k=2);通过性能验证试验、重复性试验和稳定性试验对装置的性能指标进行考核,在±25°测量范围内其绝对测量示值误差不超过0.036°,重复性不超过0.004°,稳定性不超过0.021°;实验结果表明该基于激光位移传感器的面角度非接触测量装置准确可靠,具备开展面角度现场测试应用的前景。     

弹簧管刚度精密测量技术的研究

文中针对电液伺服阀中弹簧管的刚度测量问题进行论述,提出一种新的弹簧管刚度自动测量方法,安装在弹簧管的头部内腔中的角杠杆将弹簧管的角变形转化为角杠杆上某点的线位移,设计基于螺管型电感传感器的位移测量系统.理论分析和实验结果表明:该方法能够将单臂施力法刚度测量中弹簧管头部和测杆之间的接触变形分离出来,避免其对测量精度的影响,能够有效提高测量效率和测量精度.     

应用在拼接镜面中的电容位移传感器的结构性误差分析及校正

分析了子镜运动和电容传感器极板运动之间的理论关系并探讨了电容位移传感器读数的"结构性"误差的处理方法。基于电容位移传感器的工作原理,对极板为圆形的电容位移传感器提出了采用以位移的测量值和子镜转角为自变量的多项式拟合的校正方法。计算表明该误差处理和校正方法是简洁可行的。对于转角的拟合只需2阶,同时位移测量值只需4阶的多项式进行拟合即可使输出位移达到3 nm的精度。进一步分析表明,直接使用位移传感器读数计算极板转角,并对误差的主动校正控制非常有利于该多项式拟合,可一次性达到优于5 nm的校正误差,完全满足拼接镜面主动光学工程应用的技术要求。     

基于ANSYS的接触弹簧有限元分析

在对接触问题分析的基础上,利用ANSYS软件的接触分析能力,对弹簧卡头压进卡座的力学过程进行了分析。首先根据已知数据对结构建模,然后通过加载、求解等步骤读取载荷子步的计算结果及变形形状,最终得出水平位移以及竖直位移和压下位移的关系曲线图,并对结果进行了分析。     

Stress drop and contact stiffness measured from stick-slip experiments on PMMA-PMMA friction

We present results from an extensive stick-slip study on PMMA-PMMA dry friction, where we studied the influence of a wide range of normal stresses, loading velocities and roughnesses of the sliding surfaces. In this paper we focus (a) on the analysis of a residual coefficient of friction, i.e., shear stress measured at the end of the slip phase divided by the corresponding normal stress, and (b) on the contact stiffness measured by plotting the relative displacement between sample against the shear stress during the stick phase. It is shown that the residual coefficient of friction (i) decreases as normal stress increases, (ii) shows a slight increase when the roughness of the sliding surfaces increases and (iii) does not vary according to the loading velocity. The contact stiffness proved independent of loading conditions and of the roughness of the sliding surfaces. These results are interpreted in terms of asperity interlocking. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

速率变化对轮轨滚动接触蠕滑特性的影响

从研究影响轮轨滚动接触几何关系的机制出发,利用数值计算方法分析横移量和摇头角变化速率对轮轨接触质点间蠕滑力/率、接触斑黏滑区的分布等的影响。分析结果表明:横移量、摇头角的变化速率对轮轨滚动接触蠕滑特性具有重要的影响具有重要的影响;随着横移量变化速率的增加,轮轨接触斑间的横向蠕滑力/率、蠕滑力密度等增大,同时滑动区逐渐增大,黏着区面积逐渐减小,因此当列车在加速过程中要适当考虑增黏措施;随着摇头角的变化速率的增大,轮轨接触斑间的纵向蠕滑力/率、蠕滑力密度等增大,而横向蠕滑力/率、蠕滑力密度等减小,接触斑上滑移区面积逐渐增大,直至接触斑切向力达到饱和处于全滑动状态。     

Meshing stiffness property and meshing status simulation of harmonic drive under transmission loading

The multitooth meshing state of harmonic drive (HD) is an important basic characteristic of its high transformation precision and high bearing capacity. Meshing force distribution affects the load sharing of the tooth during meshing, and theoretical research remains insufficient at present. To calculate the spatial distributed meshing forces and loading backlashes along the axial direction, an iterative algorithm and finite element model (FEM) is proposed to investigate the meshing state under varied transmission loading. The displacement formulae of meshing point under tangential force are derived according to the torsion of the flexspline cylinder and the bending of the tooth. Based on the relationship of meshing forces and circumferential displacements, meshing forces and loading backlashes in three cross-sections are calculated with the algorithm under gradually increased rotation angles of circular spline, and the results are compared with FEM. Owing to the taper deformation of the cup-shaped flexspline, the smallest initial backlash and the earliest meshing point appear in the front cross-section far from the cup bottom, and then the teeth in the middle cross-section of the tooth rim enter the meshing and carry most of the loading. Theoretical and numerical research show that the flexibility is quite different for varied meshing points and tangential force amplitude because of the change of contact status between the flexspline and the wave generator. The meshing forces and torsional stiffness of the HD are nonlinear with the torsional angle.     

Wear observations applied to lifeboat slipway launches

It is necessary to use an inclined slipway to launch a large lifeboat in locations where there is no natural harbour or where there is a large tidal range. Slipway stations consist of an initial section where the boat is held on rollers followed by an inclined Keelway of nickel/chromium coated steel, the lifeboat is released from the top of the slipway and proceeds under its own weight into the water. The lifeboat is subsequently recovered to the top of the slipway using a winch line. With the introduction of the new, larger Tamar class lifeboat existing boathouses are being upgraded and existing low friction coated steel slipway lining materials replaced with a low friction jute fibre/phenolic resin composite, which is designed to operate with unlubricated conditions. This has led to problems of high wear on slipway panels, particularly where the lifeboat mounts the slipway for recovery.This paper describes a method for assessing slipway lining materials and lubricants. The selection of an appropriate test machine, the TE92 rotary tribometer, and design of a modified ring on disc arrangement is described. An experimental methodology is developed using programmed running intervals to simulate dwell effects.Experimental data is thus presented to establish slipway panel wear rates for a range of lubricants and contact pressures. Results and implications of this research for future lifeboat slipway design are discussed.     

增压器压气机三维弹塑性接触的研究

以某柴油机涡轮增压器的压气机为例,采用由参变量变分原理导出的有限元参数二次规划法,并结合多重子结构技术分析求解叶轮与轴套、轴套与轴的三维弹塑性接触问题,针对不同的过盈量、转速和轴套壁厚进行了大量计算,获得了叶轮、轴套与轴之间接触应力的相应分布规律。分析表明随着叶轮与轴套间过盈量的减小,轴套的外表面与内表面的接触应力是线性减小的,而且内表面的接触应力减小较为迅速。因而在采用压力组装法时应严格控制轴套与轴的过盈量,使得轴套和轴间有足够的压力保证叶轮、轴套和轴不会相互脱离,又满足结构强度的要求,并使其产生的不良影响减至最小。当转速一定时,叶轮与轴套接触点的法向相对位移与叶轮的质量分布存在着明显的联系。建议采用非均匀的初始过盈量,以保证不发生相对位移和接触应力的均匀性。这些对于确定合理过盈量,改进设计和提高压气机的寿命,具有实际参考意义。