高刚度滚柱直线导轨副的结构设计及其试验研究

作     者：陈洪建 

作者单位：山东建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋现春

授予年度：2019年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：滚柱直线导轨副 刚度 预紧力 结构设计 对比试验 

摘      要：滚柱直线导轨副是数控机床的关键功能部件,其制造水平的高低在很大程度上影响了数控机床的发展,由于其具有高刚度、高承载能力、高速度、高精度等特点,被众多企业运用在工业生产中。因此,研究滚柱直线导轨副的刚度特性及刚度的影响因素具有重要的现实意义。基于Hertz接触理论分析了滚柱和滚道之间的受力关系,推导出应力及应变的计算公式;建立滚柱直线导轨副的刚度模型,分析了滚柱直线导轨副在受垂直载荷时的刚度,推导出有无预紧力时滚柱直线导轨副静刚度的计算公式。通过有限元分析软件Ansys workbench建立滚柱直线导轨副有限元刚度模型,进行静力学仿真,研究导轨副接触力学特性,并设计静刚度试验,与仿真结果进行对比分析。基于有限元Ansys workbench建立阻尼弹簧单元的动力学模型,对约束条件下的滚柱直线导轨副进行模态分析,并设计模态试验,与仿真结果进行对比分析。基于有限元仿真,分析滚柱母线类型、滚柱长径比、滚柱材料及预紧力等因素对滚柱直线导轨副刚度特性的影响规律。重点分析滚柱母线类型对接触特性的影响规律,对纯圆柱滚子、全凸滚子和修型滚子的应力分布进行对比分析,并进行选型改进设计,对改进后的滚柱直线导轨副进行试验研究。对静刚度试验、模态试验及摩擦力试验的原理及测量方法进行简单介绍,针对不同影响因素,对不同预紧力滚柱直线导轨副静刚度及固有频率的影响规律进行试验研究,对不同润滑条件下的滚柱直线导轨副摩擦力及噪声的变化规律进行试验对比分析,并对比分析了不同厂商同种型号的滚柱直线导轨副静刚度、固有频率等力学性能指标。