基于轴承及导轨接触刚度的混联机床静刚度研究及优化

针对新型重型混联机床XNZH2430的构型,建立该机床的有限元模型,分析兼顾部件连接处轴承刚度及直线导轨与滑块接触刚度的机床静刚度特性.计算在一定载荷条件下,加载荷处的变形位移,由此得出机床各方向静刚度,并与静刚度试验结果进行了对比.有限元仿真结果与试验结果的相对偏差较小,证明仿真结果是可信的.以有限元仿真为依据对整机静刚度进行优化.对轴承进行优选和更加严格的预紧,使轴承刚度得到提高,对整机重新加载进行计算,整机静刚度得到明显提高.     

考虑结合面特性影响的机床整机有限元静力学分析模型

针对机床数字化设计中典型结合面建模精度误差较大的问题,提出了一种采用虚拟材料等效结合面静力学特性的方法,建立了考虑结合面特性影响的机床整机有限元静力学分析模型,并完成了相应的静刚度测试实验。首先,综合考虑了弹塑性变形机制和摩擦力的影响,提出了一种新的结合面法向和切向刚度的分析模型;其次,根据不同类型结合面的特点,采用虚拟材料模拟结合面的刚度特性,建立了刚度特性与虚拟材料弹性模量和泊松比的关系,并将其应用于精密数控机床整机的静刚度分析;最后,开展了整机工艺系统的静刚度测试实验,得到了主轴末端X、Y、Z三个方向的刚度分别为26.60 N/μm、41.87 N/μm和40.17 N/μm,并将其与仿真数据进行了对比。研究结果表明：不考虑结合面影响的模型相对误差将近17%,而考虑结合面影响的模型相对误差在5%以内,验证了考虑结合面特性影响的机床整机有限元静力学分析模型的有效性;采用虚拟材料等效结合面静力学特性的方法可作为机床数字化设计的一种可行的方法。     

高速重载码垛机器人静刚度分析

以娃哈哈公司饮料生产线上的高速重载码垛机器人为研究对象,在综合考虑自身构件变形、驱动电动机和减速机变形的基础上,对其末端静刚度进行了分析.通过把末端执行器在受到载荷时产生的变形分解为各构件的拉压变形、弯曲变形以及电动机和减速机的扭转变形,然后借助线性叠加原理建立整机末端静刚度模型.所提出的研究方法为重载串联机器人静刚度分析提供了更加完善的思路,为码垛机器人的设计提供了有力依据.     

基于COSMOSXpress的定梁龙门加工中心静刚度分析

针对龙门加工中心产品设计中缺少部件及整机刚度参考值问题,通过对一种龙门加工中心的模型设计进行COSMOSXpress有限元分析和计算,获得了机床主要部件的静刚度参数,在此基础上求解了整机加工刚度参数K和整机部件的刚度分配比例ε。刚度参数为龙门加工中心的刚度设计提供了定量参考,求解过程为同类机床的刚度分析提供了一种简捷可行的方法。     

X2012C型龙门铣床的有限元分析

构造了龙门铣床的有限元模型,结合工程实际,定义了龙门铣床的静刚度,进而考察了龙门铣床的动、静力学特性,以及铣头在不同工位对铣床动、静特性的影响.探讨了重力和切削力对整机变形的影响及各主要部件对整机刚度的贡献.所得结论为龙门铣床的结构设计和改型奠定了重要的理论基础.     

机床整机模型简化及特性复现方法研究

用有限元方法对机床整机进行静动态特性计算时,划分网格较密,节点众多,不利于快速进行定量的分析,需要从中提取出简约模型及其与之对应的静动态特性。由此提出了简约模型关键节点选取原则,编制相应软件读取结果数据文件,提取相关节点的坐标、静态位移、动态振型等信息,绘制整机及静动态变形的简约模型图。以XK713B立式镗铣床为研究对象,在建立整机模型的基础上,分析其静动态特性,并利用编制的软件,形成简约模型,进行特性复现。结果表明：该立式镗铣床由原始的153238个节点简约为156个节点,并且很好地保留了机床各部件的结构特征和静动态特性,为简化后续的定量分析打下了基础。     

基于结合面的龙门五面加工中心虚拟建模及静刚度研究

静刚度是机床性能的重要指标,有必要在设计阶段对其进行预估。针对正在设计中的Linear MC6000型龙门五面加工中心机床,在CAD软件UGNX2.0环境中建立了其各部件及整机的三维实体模型。在有限元分析软件ABAQUS6.51环境中,用弹簧单元来模拟滑块与直线导轨的接触刚度,建立了机床的有限元模型,并对其静刚度进行了分析。     

全断面岩石隧道掘进机支撑-推进-换步机构静刚度分析

针对全断面岩石隧道掘进机(Tunnel boring machine,TBM)在施工作业过程中掘进轨迹经常偏离预设轨迹、严重影响掘进精度及效率的问题,研究其支撑-推进-换步机构刚度半解析建模方法。从分析机构的变形协调条件入手,构造出计及所有支链构件及末端自身弹性贡献的半解析静刚度模型,该模型综合考虑了复杂物理边条(围岩)、机械系统刚度及液压系统刚度。通过算例揭示整机静刚度在掘进全域随位姿的变化规律,并借助有限元分析软件验证了所建模型的正确性。     

2RPU/UPR+RP五自由度混联机器人静刚度分析

为快速建立基于三自由度并联机构2RPU/UPR构造出的五自由度混联机器人的解析刚度模型,首先对混联机器人的结构进行了描述;然后基于串联和并联结构独立求解思想,建立了混联机器人的位置反解模型;再对混联机器人的结构进行简化处理,分别求解并联部分与串联部分两子系统的静刚度模型,从构造系统的力旋量系和弹性变形协调条件入手,简单且快速地建立了混联机器人的整体刚度模型;最后构造混联机器人的等效三维模型,运用有限元和MATLAB软件,对典型位姿下混联机器人受外力/力矩产生的微位移进行仿真验证,并给出了整机静刚度在任务空间中随位形变化分布图。通过仿真与理论计算的对比分析,验证了该混联机器人理论刚度模型的正确性。     

考虑构件弹性变形的锻造操作机静刚度分析

在综合考虑液压刚度和构件弹性变形情况下,对操作机末端静刚度进行了分析。该分析方法主要通过把操作机主运动机构在受到载荷情况下产生的弹性变形分解为驱动液压缸的位移和构件的弹性变形,分别考虑两部分对末端刚度的贡献,其中着重解决了多副杆弹性变形对末端刚度的影响,最后借助线性叠加原理得到整机末端刚度模型,从而为机构刚度分析提供了新的思路,为锻造操作机的应用和设计提供了有力的依据。     

基于实验分析的机床结构有限元建模及其应用研究

针对一台数控弧齿锥齿轮铣齿机,进行机床整机的有限元动态和静态分析,测量机床静刚度,进行模态实验测试及分析.结合有限元模态分析结果,依据重要的实验模态和机床静刚度修正导轨结合部有限元模型参数.对机床整机结构进行改进,通过有限元分析计算,改进后整机结构动、静刚度明显提高.为确定机床导轨结合部模型参数提供一种研究思路与方法.     

Tricept机械手静刚度解析建模方法

以Tricept机械手的3自由度球坐标型并联机构为例,提出含恰约束支链的球坐标型并联构型装备静刚度解析建模方法。该方法首先借助子结构综合思想将末端执行器位姿变形分解为无约束主动支链的拉压变形、恰约束支链的弯曲变形及其扭转变形3个部分,然后利用虚功原理和结构矩阵法建立各子结构系统的静柔度模型,最后借助线性叠加原理组集整机末端静柔度模型。在建模过程中,侧重研究恰约束支链弯曲刚度以及铰链刚度的建模方法。在此基础上,考察了Tricept机械手中3自由度并联机构静刚度在工作空间中的变化规律,并借助全局性能指标评价了主要构件柔度对整机柔度的贡献。     

一种3自由度并联动力头模态分析

针对航空航天制造业中大型整体结构件的高速加工需求,以3-PRS并联机构为对象,重点研究了该机构动力学建模方法和全域内固有频率的快速预估。建模过程中,将机构简化为由动平台部件、3个连杆部件、3个滑鞍部件及静平台部件所组成的动力学模型,各部件之间通过与对应运动副具有等效刚度的虚拟弹簧连接;在广义坐标系下分析了各部件质心的速度及各弹簧的变形量,并利用拉格朗日方程建立3-PRS并联机构的一般动力学方程;结合实际算例,通过矩阵迭代法揭示整机固有频率在全域内随位形的变化规律,且借助SAMCEF有限元分析软件在典型位形下验证该建模方法的正确性。     

XK1020高速龙门加工中心机床动态分析

在XK1020高速龙门加工中心的设计中,通过建立高速加工中心机床的三维有限元模型,利用有限元分析软件ANSYS对XK1020横梁部件做静变形计算、模态分析和动力响应分析,找出影响整机动态性能的薄弱环节并提出结构设计修改方向,从而使机床具有更好的静态、动态特性.     

iSIGHT联合仿真平台的搭建及加工中心质量分布对整机动特性的影响

加工中心结构件的合理质量分布,对于提升整机动特性有着十分重要的影响。为了研究加工中心结构件质量分布对整机动特性的影响,搭建了基于iSIGHT的CAD/CAE联合仿真平台,驱动Creo调整机床结构件的质量分布,并将调整后的整机三维模型导入到ANSYS中,运用APDL语言进行自动化的有限元分析;然后利用iSIGHT后处理统计分析大量所得仿真数据,归纳总结出加工中心结构件质量分布对整机动特性影响的一般规律。以提高整机前5阶固有频率为优化目标,以机床立柱的静刚度和床身内部结构尺寸为约束条件,得到了较合理的机床结构件质量分布,有效地提升了加工中心整机的动特性。以某800型"框中框"式加工中心为例,调整质量分布后的整机前5阶固有频率都得到了不同程度提高。     

采用SolidWorks的高速重载码垛机器人的静力学分析和结构优化

以所设计的一种四自由度高速重载码垛机器人为研究对象,建立其简化三维模型。采用机械仿真设计软件Solid-Works Simulation工具首先对模型中零件底座、末端执行器进行静力学分析,并根据分析结果优化其结构,然后对整机在最大载荷情况下的几个典型位姿进行分析,得到整机在工作空间内的应力、应变和位移云图,并进一步优化杆类零件壁厚。对零件的优化提高了码垛机器人的静刚度和动力学性能,通过对整机的分析得到了码垛机器人在工作空间内的静刚度分布特性,为码垛机器人的设计提供了参考依据。     

铣齿机有限元建模及优化设计

针对螺旋锥齿轮铣齿机结构进行了Y向静刚度实验和模态实验,且由切削实验验证了实验1阶模态频率。基于结合面法向解析刚度及模态实验结果建立了床身立柱结合面有限元仿真动力学模型,而且由实验静刚度建立了整机Y向静刚度有限元模型。鉴于铣齿机笨重,分别对床身和立柱单件进行了轻量化设计,发现在前3阶固有频率削弱小于5%的情况下,质量分别减轻了18.86%和27.4%,且对应整机模型固有频率和刚度均提高。进一步分析了结合面参数动态灵敏度,并用坐标轮换法确定了最优的结合面刚度参数,为导轨选型提供了一种实用方法。为设计类似机床提供了依据,也为更加实用的动力学建模、更加有效的筋板参数优化及结合面动态性能优化提供了依据。     

基于高数精密数控加工中心基础件的有限元分析

采用有限元分析的基本原理和方法,通过有限元分析软件对机床整机结构进行了静动态特性分析,找出静变形最大的部件和结合部的薄弱环节并对其动态特性做出评价,为后续的结构改进提出合理的建议。     

一种冗余并联机床静刚度有限元分析与优化设计

为了研究并联机床的静刚度,采用有限元法研究了一台冗余并联机床的静刚度,利用UG建立整机三维模型并倒入ABAQUS建立有限元模型,分析了一台冗余并联机床在不同位姿下的刚度.结果表明,冗余并联机床比非冗余并联机床刚度高,整机x,y向刚度低,z向刚度高.为了提高机床x,y向刚度,提出了两种机床机构的改进方法,为机床的设计和优化提供了依据.     

典型火炮静刚度分析与改进设计

炮架是火炮的支撑部件,其静刚度对火炮的射击精度有重要影响。基于典型火炮结构的相似性,首先建立适用于典型火炮炮架的简化力学模型,提出检验典型炮架静刚度的评估方法。根据火炮力学模型建立典型火炮初始设计的有限元模型,进行多工况下的静力计算,获得了炮架的刚度性能、位移云图及应力云图,讨论了火炮炮架在不同工况下的变形特征和薄弱环节;其次,根据炮架的变形特征和薄弱环节,采用“改进-评估-再改进”的不断改进优化的策略,最终给出一个较为满意的设计方案。与原设计方案相比,新方案在重量略有增加的条件下,刚度有较大幅度提高,对火炮性能提升有很明显的作用。该研究对火炮炮架的静刚度分析与设计具有一定的参考意义。