基于结合面基础特性参数的机床导轨结合部动态特性解析分析

导轨是机床的最重要功能部件之一,由于其具有滑动特性,因此也是机床整机动态特性中最有影响的结合部之一。本文以结合面的基础特性为基础,研究了机床导轨结合部的动态建模解析方法,并将其应用机床整机动态特性解析,为机床整机动态特性解析中结合部参数的确定提供了一种方法,并为机床图样设计阶段预测整机动态特性开辟了道路。     

机床导轨结合部的动态特性解析方法及其应用

基于结合面动态基础特性参数,研究了机床导轨结合部动态特性的建模解析方法,并将其应用于机床整机动态特性解析,为机床整机动态特性解析中结合部参数的确定提供了一种方法,使机床图样设计阶段预测整机动态特性成为可能。     

机床导轨结合部动态特性的有限元分析方法

基于动态的结合面基础特性参数,研究了机床导轨结合部特性的有限元建模方法,并将其用于机床整机的动态特性分析,为机床整机特性分析中结合部特性参数的确定提供了一种方法,使机床在图纸设计阶段预测整机特性成为可能.首先给出了结合部单元的建模方法,然后通过一个实例,说明了该方法的有效性.     

机床导轨结合部的有限元模型

基于结合面特性参数，提出了机床导轨结合部特性仿真分析的有限元方法，通过该方法可以建立机床整机性能分析的有限元模型。给出了导轨结合部上反映界面连接特性的六结点接触单元的刚度矩阵，并将其与通过实验获得的结合面特性参数联系起来，通过实例建立了机床整机分析模型。整机刚度的实验结果与计算结果的比较，证实了该方法的有效性。     

机床结合部特性的理论解析及应用

对机械结构的结合部特性进行了理论解析,从基本的动力学方程出发,推导出单平面结合部静位移与结合部受力之间的关系,进而转换为静刚度的表达式;并基于一个振动周期中某方向的输入能量与阻尼消耗的能量相等的概念,推导出单平面结合部阻尼的表达式。将机械结构中的多平面结合部,看成是多个单平面结合部的组合,而将回转结构等效为正多面体。由此,在机床结合部结构形式、受力大小确定的条件下,可以计算出结合部的等效结合刚度和阻尼。为了在机床整机动力学建模中融合结合部的特性,给出刚性结合和柔性结合两种情况下的协调方程。通过对XK712B立式镗铣床的整机建模和计算,并与试验结果进行比较,结果表明,综合静刚度相对误差的绝对值小于5%,固有频率相对误差的绝对值小于9%。将结合部特性融合到机床整机模型中,可以更精确地预测机床整机的综合静动态特性。     

滚动导轨静态特性解析

文章对滚动导轨的静态特性进行了解析，为了获得更准确的解，根据机床在不同的工况下，导轨面与滚动体之间接触面压的不同，分别应用结合部理论和弹性力学公式进行了计算。实验证明解析方法和相应的计算程序是正确可靠的。     

基于有限元的机床导轨结合面参数的特性分析

机床导轨的结合面是影响机床静、动态特性的关键因素.根据直线滚动导轨结合面的静、动刚度和阻尼等的实验结果,基于ANSYS软件进行有限元分析,得到的结果接近于机床的实际情况,为机床的动态设计提供一种有效方法.     

滚动导轨结合部法向动态特性参数的双自由度测试方法

准确的滚动导轨结合部动态特性参数是进行数控机床整机动态特性分析的关键,因此研究滚动导轨结合部动态特性参数测试方法将具有十分重要的意义.首先,对滚动导轨结构进行分析,将滚动结合部从结构中分离出来,并建立了等效的双自由度滚动导轨结合部动态特性参数测试模型,提出动态特性参数识别方法.其次,在动态特性参数测试模型的基础上研制了测试系统,并对GZB45型滚动导轨结合部的法向接触刚度和阻尼进行测试,多次试验结果显示试验所测移动部件质量与实际移动部件质量相差小于2％,表明该测量模型对滚动导轨结合部法向刚度和阻尼的识别是可靠的.     

机床整机的动态特性分析

采用用户自定义矩阵单元来处理机床结合部的接触问题,在商品化软件平台上建立了机床整机的有限元模型,并对其进行了动态特性的分析。运用该方法来进行结构的性能预测,已用于工厂对机床的结构改进设计中。     

基于结合面基础特性参数的球面结合部模型研究

制造装备机械系统是由众多的构件（零、部件）和结合部组成的,结合部的特性参数对制造装备的整机性能影响非常大,结合目前国内外研究现状,针对影响结合部特性参数的众多因素,采用理论与实验结合、分层处理结合部影响因素的研究方法对机械结合部特性参数模型进行了研究。建立了基于结合面基础特性参数的球面结合部数学模型,确定结合部位移及载荷结合条件以及推导出球面结合部刚度矩阵,为机械系统性能分析提供通用性参数打下理论基础。编制基于FORTRAN语言的球面结合部解析程序,并通过实例对比验证了球面结合部解析方法及解析程序是正确的。     

带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态刚度特性

借助弹性力学中的赫兹接触理论,分析计算直线滚动导轨的线刚度、滚珠丝杠副和角接触球轴承的轴向刚度,建立带滚珠丝杠副的机床直线导轨结合部的动力学特性理论模型,开发了计算软件;以一款立式加工中心为研究对象,分析计算带滚珠丝杠副直线导轨结合部动态刚度,着重讨论工作载荷对结合部动态刚度的影响规律,基于有限元法分析含结合部动态参数的加工中心整机动态特性。研究结果不仅突破了目前机床直线导轨结合部刚度模型不考虑滚珠丝杠副之缺陷,而且与传统的参数识别法和有限元法相比,具有物理概念清晰、计算过程简单等特点。     

数控机床结合面动态参数的可视化数据处理技术

通过对数控机床结合面动态特性实验数据的整理和分析,针时目前我国对数控机床结合面动态特性理论建模难度大、效率低等问题,基于MATLAB,VB与SQL SERVER平台接口进行程序设计,开发了数控机床结合面动态特性实验数据处理系统,得出机床结合面各基本影响因素对其动态基础参数影响规律,给出理论解释,为以后CAD/CAM分析数控机床整机特性奠定了基础.     

陶瓷轴承主轴单元动特性的实验研究

对陶瓷轴承主轴单元的动态性能特点进行了实验研究。研究发现,在相同预紧和脂润滑条件下,陶瓷轴承主轴单元的阻尼系数比钢轴承主轴单元小,主轴端部的直接动柔度比钢轴承主轴单元大。研究结果为采用陶瓷轴承主轴单元的高速和超高带数控机床的动态设计提供了实验依据。     

滚动直线导轨副的性能分析和比对

通过对滚柱式和滚珠式直线导轨副的刚性、承载能力、摩擦特性及额定寿命等的性能分析,阐明了滚柱式直线导轨副优异的性能特性。     

基于结合面的机床动态特性研究

运用三维建模软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS,建立了虚拟样机模型。考虑结合面的影响,对机床进行了动态分析,研究结合面对于机械结构动态特性的影响,实现无物理样机环境下机床整体动力学性能预测和综合评价的目的。     

高速磨床整机动态特性研究

建立了某高速凸轮轴磨床整机的三维有限元模型,利用反求方法确定了结合部的基础参数,对整机进行了模态分析,初步确定了整机动态性能的薄弱环节,研究了结合部刚度参数对整机低阶模态的影响,提出了结构改进方案。建立径向基函数近似模型表征床身—工作台系统结合部刚度与其固有频率之间的隐式函数关系,通过对该系统进行模态实验测试,并与优化方法相结合,确定了该高速磨床床身工作台系统的结合部刚度参数。结果表明,该方法对整机建模和动力学性能的分析简单有效,增加垫板在床身上的约束可以有效地改善该高速磨床的动态特性。     

基于响应面法的滑动结合面动态特性参数优化识别

针对机床滑动结合面动态特性参数识别困难和现有方法模型复杂、计算量大等问题,提出了基于实验模态分析和响应面法的动态特性参数优化识别方法。通过试验设计获取样本点构造滑动结合面的多项式响应面模型,以响应面的计算结果与实验模态分析结果的相对误差构造目标函数,采用自适应模拟退火算法优化求解,从而识别出滑动结合面的动态特性参数。以机床动态特性分析实验台上立柱导轨与滑座间的滑动结合面为实例进行了建模、实验、参数识别等分析。结果表明,采用所提出的方法可实现较高的识别精度,可显著提高识别效率。     

基于结合部的HSK主轴-刀柄系统动态特性分析

建立了HSK主轴-刀柄结合部的有限元模型(FEM),利用弹性理论和黏性阻尼理论辨识结合部内各位置的刚度和阻尼参数。提出将HSK主轴-刀柄系统分为HSK主轴、主轴-刀柄结合部和刀柄三部分:HSK主轴与刀柄简化为多段Timoshenko梁,并使用响应耦合法来计算其频响函数;主轴-刀柄结合部简化为多点弹簧-阻尼模型,采用多点响应耦合法来计算其频响函数;将各个部件的频响函数进行刚性耦合,进而获得基于结合部的HSK主轴-刀柄系统频响函数。分别假定HSK主轴-刀柄结合部为刚性连接、5点弹性连接和7点弹性连接,计算其频响函数,并与实验结果相比较得到相应的结论。     

考虑间隙移动副碰撞影响的一种动力学分析方法

提出了适合于数值计算的考虑间隙移动副碰撞影响的平面连杆机构动力学分析方法。根据移动副的接触运动状态和自由运动状态 ,分别建立微分运动方程 ,利用碰撞恢复系数分析从自由状态到接触状态的转化过程 ,采用小时间步长试探法 ,从而不需要求解自由状态和接触状态所历经的时间。研究表明 ,使用该方法所得结果更加接近机构的实际动态响应 ,并且算法简单 ,便于工程应用。